Nyt solpletkatalog for at forbedre forudsigelser af rumvejr

Forskere fra universitetet i Graz, Kanzelhöhe Observatorium, Skoltech, og World Data Center SILSO ved Royal Observatory of Belgium, har præsenteret kataloget over halvkugle-solpletnumre. Det vil muliggøre mere nøjagtige forudsigelser af solcyklussen og rumvejret, som kan påvirke menneskeskabt infrastruktur både på Jorden og i kredsløb. Undersøgelsen udkom i Astronomi og astrofysik tidsskrift, og kataloget er tilgængeligt fra SILSO – World Data Center for produktion, bevarelse, og formidling af det internationale solpletnummer.

Vores sol er en stor kogende kugle af gas, hvoraf de fleste er så varme, at elektroner rives af atomer, skabe en cirkulerende blanding af ladede partikler, kaldet plasma. Disse bevægelige ladninger giver solen et enormt magnetfelt, som samler sig, når det stiger op fra solens indre og skaber mørke områder kendt som solpletter på overfladen.

Solpletter er de primære kilder til soludbrud og koronale masseudslip, eller CME'er. Disse er enorme magnetiske skyer af plasma, der frigives fra solen med store hastigheder. Når den rettes mod Jorden, de forårsager kraftige magnetiske forstyrrelser, der kan beskadige udstyret på satellitter, ude af stand til telekommunikation, og endda forårsage strømafbrydelser i en by - med ødelæggende virkninger på økonomien.

Forekomsten og forsvinden af ​​solpletter varierer efter en cirka 11-årig cyklus. Det begynder med næsten ingen solpletter. Som det skrider frem, flere og flere pletter dukker op på de mellemste breddegrader og vandrer til solækvator. Da solens ækvator roterer hurtigere end polerne, dets magnetfelt bliver viklet ind og forstærkes i bundter i løbet af cyklussen. Til sidst, feltlinjebundterne bliver stærke nok til at blive skubbet ud gennem fotosfæren som sløjfer, der fanger og udstøder plasma som CME'er.

Overvågning af solpletter er derfor afgørende for at forudsige farlige rumvejrhændelser og deres virkninger på flyrejsende, astronauter, og udstyret og infrastrukturen – både på Jorden, i kredsløb, og på langvarige rummissioner.

Oprindeligt observeret af Galileo i det 17. århundrede, solpletter overvåges nu dagligt af omkring 80 observatorier over hele verden. World Data Center SILSO ved Royal Observatory of Belgium er det globale knudepunkt for alle solpletdata. Systematiske data om det samlede antal solpletter er tilgængelige fra det 18. århundrede. Imidlertid, nyere modeller tyder på, at solaktivitet bedre forstås som et samspil mellem aktiviteterne på den nordlige og den sydlige halvkugle betragtet separat. Sådanne data er meget mere sparsomme, med det vigtigste solaktivitetsindeks – det internationale solpletnummer – som kun har registreret antallet af solpletter efter halvkugle siden 1992.

Forfatterne til den nylige undersøgelse i Astronomi og astrofysik kom med en metode til i høj grad at udvide de tilgængelige data ved at rekonstruere historiske halvkugle-solplettal. Som resultat, de udgav et kontinuerligt katalog over daglige og månedlige data om antallet af solplet på den nordlige og sydlige halvkugle, der går tilbage til 1874. Holdet viste sin høje overensstemmelse med de eksisterende halvkugledata og demonstrerede, at solcyklus forudsigelser faktisk er mere nøjagtige, når udviklingen af ​​solplettallene betragtes separat for de to halvkugler.

"Vores sol er en spændende stjerne, og dens fysik er både enkel og kompliceret. Vi har lært af vores undersøgelse, at vi kan opnå en bedre forståelse af den langsigtede udvikling af solens aktivitet ved blot først at behandle de to halvkugler hver for sig og først bagefter summere begge bidrag for at opnå den samlede aktivitet. De nyligt rekonstruerede data om antallet af halvkugle solpletter vil være tilgængelige for det videnskabelige samfund, og vi tror på, at de kan udgøre et vigtigt grundlag for at udvikle nye, mere nøjagtige forudsigelsesskemaer for solaktivitet, sagde Astrid Veronig, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, professor ved universitetet i Graz, og leder af Kanzelhöhe Observatory for Solar and Environmental Research.

Skoltech kandidatstuderende og studiemedforfatter Shantanu Jain fremhævede den praktiske nytte af det nye katalog:"Vi mener, at dette nye katalog vil være afgørende for nøjagtigt at forudsige rumvejr, da vi nu har kontinuerlige hemisfæriske data for en længere periode for at skabe meningsfuld solcyklus forudsigelser. Hvis vi skulle stå over for ekstreme soludbrud i nutidens tidsalder med teknologisk afhængighed, det kunne nemt slå vores elnet ud, satellitkommunikation, internettet, og forårsage økonomiske tab på op til billioner af dollars. En nøjagtig forudsigelse af rumvejr kan hjælpe med at forberede os og undgå et sådant scenario."

"For permanente tekniske infrastrukturer, for langsigtede problemer som ozonnedbrydning eller klima, og i lyset af fremtidige langvarige bemandede rummissioner til Månen eller Mars, der er et stigende behov for mellem- og langsigtede prognoser for tendensen i solaktivitet i løbet af de næste par måneder eller år. Som en del af en spirende disciplin kaldet 'rumklima, Sådanne langsigtede forudsigelser af solcyklussens styrke kan kun hvile på en detaljeret viden om den faktiske udvikling af mange tidligere solcyklusser. Vores nye udvidede dataserie er et af nøgletrinene i den voksende indsats for at gense og fuldt ud udnytte ældre dataindsamlinger ved hjælp af de moderne værktøjer fra det 21. århundrede, " medforfatter af undersøgelsen og lederen af ​​World Data Center SILSO Frédéric Clette kommenterede.

"I øjeblikket, vi forstår stadig ikke helt, hvordan soldynamoen fungerer, og hvordan solens magnetfelt genereres i løbet af den 11-årige solcyklus. Alle planeterne i vores solsystem kredser om solen i et såkaldt ekliptisk plan. Det betyder, at observatorier på Jorden eller instrumenter om bord på enhver satellit, der kredser om jorden, og som gør billeder af solen, aldrig rigtig ser, hvad der sker på solpolerne. Imidlertid, i februar 2020 blev en banebrydende rummission – Solar Orbiter – opsendt for at flyve meget tæt på solen. Den vil udføre gravitationsmanøvrer for at nå ud af ekliptikken og få et glimt af polerne for første gang i historien. Det første polarpas forventes at finde sted i marts 2025, hvor rumfartøjet når en hældning på 17 grader over ekliptikplanet og stiger til 33 grader i juli 2029. Vi tror, ​​at det nyudviklede produkt af halvkugle-solplettal sammen med de hidtil usete observationer og fundamentalt ny viden fra Solar Orbiter vil hjælpe os med at fremme solcyklusstudier og rumvejrsforudsigelser. Og hvilke storme end måtte rase, vi ønsker alle godt vejr i rummet, " sagde Tatiana Podladchikova, en medforfatter til papiret og adjunkt ved Skoltech Space Center.