Terminatorer på Solen udløser plasmatsunamier og starten på nye solcyklusser

I et par nye aviser, videnskabsmænd tegner et billede af, hvordan solcyklusser pludselig dør, potentielt få tsunamier af plasma til at rase gennem Solens indre og udløse fødslen af ​​den næste solpletcyklus kun et par korte uger senere.

De nye resultater giver indsigt i den mystiske timing af solpletcyklusser, som er præget af voksende og aftagende solpletaktivitet på soloverfladen. Mens forskere længe har vidst, at disse cyklusser varer cirka 11 år, at forudsige, hvornår den ene cyklus slutter og den næste begynder, har været en udfordring at fastlægge med nogenlunde nøjagtighed. Det kan den nye forskning ændre på.

I et af undersøgelserne, som er afhængig af næsten 140 års solobservationer fra jorden og rummet, forskerne er i stand til at identificere "terminator"-begivenheder, der tydeligt markerer afslutningen på en solpletcyklus. Med en forståelse af, hvad man skal kigge efter i opløbet til disse terminatorer, forfatterne forudsiger, at den nuværende solcyklus (solcyklus 24) vil ende i første halvdel af 2020, starter væksten af ​​Solar Cycle 25 meget kort tid efter.

I en anden undersøgelse, motiveret af den første, forskere udforsker mekanismen for, hvordan en terminatorhændelse kan udløse starten på en ny solpletcyklus ved hjælp af en sofistikeret computermodel. De resulterende simuleringer viser, at "sol-tsunamier" kunne give forbindelsen og forklare Solens bemærkelsesværdigt hurtige overgang fra den ene cyklus til den næste.

Begge undersøgelser blev ledet af National Center for Atmospheric Research (NCAR).

"Beviset for terminatorer har været skjult i observationsregistret i mere end et århundrede, men indtil nu, vi vidste ikke, hvad vi ledte efter, " sagde NCAR videnskabsmand Scott McIntosh, der leder centerets High Altitude Observatory og har arbejdet på begge undersøgelser. "Ved at kombinere en så bred vifte af observationer gennem så mange år, vi var i stand til at sammensætte disse begivenheder og give et helt nyt look på, hvordan solens indre driver solcyklussen."

Forskningen blev finansieret af National Science Foundation, som er NCARs sponsor, NASAs Living with a Star-program, og Indo-US Joint Networked R&D Center.

Lysflimmer afslører mysterier

Solplet cyklusser er født efter sol minimum, en periode, hvor solens ansigt er stille. Mens cyklussen fortsætter, flere og flere solpletter dukker op, dukker først op på omkring 35 graders breddegrad på begge halvkugler og marcherer langsomt mod ækvator over et årti, før de forsvinder igen ind i det næste solminimum. Det grove midtpunkt i denne progression er solmaksimum, når solpletter er flest.

At forudsige timingen af ​​solplets udvikling er et vigtigt videnskabeligt mål, dels fordi solpletaktivitet er knyttet til solstorme, der kan forstyrre Jordens øvre atmosfære og påvirke GPS-signaler, elnet, og andre kritiske teknologier. Men sådanne forudsigelser har vist sig at være udfordrende.

For eksempel, solen er i øjeblikket i et solminimum. Forskere ved, at den relative fred betyder, at den nuværende solcyklus er ved at afslutte, men det har været svært at sige, om den nye cyklus begynder om et par måneder eller et par år. McIntosh og hans kolleger mener, at deres studier kan give mere klarhed, både i timingen af ​​cyklusser og også i, hvad der driver selve cyklusserne.

Forskerne begyndte med at studere bevægelsen af ​​koronale lyse punkter - flygtige flimmer af ekstremt ultraviolet lys i solens atmosfære. Ved at observere lyspunkter, som forekommer selv i den relative ro af et solminimum, forskerne mener, at de har fået et mere fuldstændigt overblik over solcyklussen, end hvis de kun fokuserede på solpletaktivitet.

De lyse punkter vises først på højere breddegrader end solpletter (omkring 55 grader) og vandrer mod ækvator på cirka 3 graders bredde om året, når ækvator efter et par årtier. Stierne sporet af de lyse punkter overlapper med solpletaktivitet på de midterste breddegrader (omkring 35 grader), indtil de både når ækvator og forsvinder. denne forsvinden, som forskerne kalder en terminator-begivenhed, følges meget kort efter med et stort udbrud af lyspunktsaktivitet på de midterste breddegrader, markerer begyndelsen af ​​den næste solpletcyklus.

I den nye undersøgelse, der identificerer terminatorhændelser, offentliggjort i tidsskriftet Solfysik , forskerne bekræfter lyspunktsobservationerne med en række andre observationer fra en række rumfartøjer og jordobservationsfaciliteter, der strækker sig tilbage over 13 solcyklusser.

"Vi var i stand til at identificere disse terminatorer ved at se på data fra en lang række forskellige mål for solaktivitet - magnetiske felter, spektral bestråling, radioflux – ud over de lyse punkter, " sagde University of Maryland videnskabsmand Bob Leamon, en medforfatter af papiret, som også er forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center. "Resultaterne viser, at du virkelig skal være i stand til at træde tilbage og bruge alle de tilgængelige data til at forstå, hvordan tingene fungerer - ikke kun et rumfartøj eller en observation eller en model."

Tsunamiforbindelser

McIntosh og hans team har identificeret, at koronale lyse punkter tillader dem bedre at "se" solcyklussen udfolde sig. Men hvorfor begynder solpletcyklussen at stige på mellembredderne et par uger efter terminatoren?

Avisen om soltsunamier, ledet af NCAR-forskeren Mausumi Dikpati og udgivet i Videnskabelige rapporter , undersøger de mulige mekanismer bag observationerne. Det antyder, at koronale lyse punkter er markører for bevægelsen af ​​Solens "toroidale magnetfelter, " som vikler sig rundt om Solen som gummibånd, der strækker sig i øst-vestlig retning og vandrer langsomt mod ækvator i løbet af de samme to årtier.

Når disse toroidale magnetfelter dukker op til overfladen, de skaber solpletter sammen med de lyse punkter, de allerede producerede. Mens de rejser, de fungerer også som magnetiske dæmninger, fanger plasma bag dem. Når de toroidale magnetfelter fra Solens nordlige og sydlige halvkugle rører hinanden i midten, deres modstridende anklager forårsager deres gensidige udslettelse, frigiver den indelukkede væske bag dem i en tsunami. Denne væske strømmer fremad, kolliderer, og så bølger baglæns, rejser mod polerne med en hastighed på omkring 300 meter i sekundet.

Når soltsunamien når solens mellembreddegrader, den møder de toroidale magnetfelter i den næste cyklus, som allerede marcherer mod ækvator (denne progression er markeret af banen for koronale lyse punkter), men bevæger sig dybere inde i Solens indre. Tsunamien løfter disse magnetfelter, løfte dem mod overfladen og producere den bemærkelsesværdige bølge af lyse punkter – og ledsagende solpletaktivitet – der markerer begyndelsen på den nye solpletcyklus.

"Vi har observeret solpletcyklussen i hundreder af år, men det har været et mysterium, hvilken mekanisme der kunne transportere et signal fra ækvator, hvor cyklussen slutter, til Solens mellembreddegrader, hvor den næste cyklus begynder, på så relativt kort tid, " sagde Dikpati.

Som en krop, forskningen giver en ny måde at tænke på, hvordan solens indre fungerer, som udfordrer nogle af de konventionelle tanker om processer på Solen. Hvorvidt forskningen er på rette vej eller ej - og kunne forbedre vores forudsigelsesevner - vil snart få sin første test.

Der er en række instrumenter, der er ideelle til at observere den uundgåelige afslutning på den nuværende solcyklus og starten på den næste, ifølge forfatterne. Disse omfatter Parker Solar Probe, som blev lanceret i august sidste år, rumfartøjet STEREO-A, Solar Dynamics Observatory, Daniel K. Inouye Solar Telescope, og andre aktiver.

"I det næste år vi skulle have en unik mulighed for i vid udstrækning at observere en terminator-begivenhed, mens den udfolder sig, og derefter se lanceringen af ​​Sunspot Cycle 25, " sagde McIntosh. "Vi tror på resultaterne, især hvis terminatoren ankommer, når den forudsiges, kunne revolutionere vores forståelse af solens indre og de processer, der skaber solpletter og former solpletternes cyklus."