Nyligt beskrevet solur kan præcist forudsige solcyklusbegivenheder år i forvejen

Lige siden mennesker først kunne observere solpletter for omkring 400 år siden, har vi brugt dem til at forsøge at definere solcyklussen. Cirka hvert 11. år ebber og flyder solaktivitet såsom solpletter og soludbrud, hvilket forårsager ændringer i vejrmønstret på Jorden og truer af og til telekommunikation. At forudsige disse ændringer pålideligt kan hjælpe alle fra landmænd til militæret.

Traditionelt har videnskabsmænd brugt konceptet om et "solminimum", når solaktiviteten reduceres, for at markere begyndelsen af ​​hver cyklus. Men "solminimumsrammen" er noget vilkårlig og upræcis, forklarer Robert Leamon, forsker ved Partnership for Heliophysics and Space Environment Research (PHaSER), et UMBC-partnerskab med NASA.

Leamon har ledet ny forskning, der viser, at et "solur" baseret på solens magnetfelt, snarere end tilstedeværelsen eller fraværet af solpletter, præcist kan beskrive og forudsige mange vigtige ændringer gennem solcyklussen. Den nye ramme tilbyder en væsentlig forbedring i forhold til den traditionelle solpletmetode, fordi den kan forudsige stigninger i farlige soludbrud eller skiftende vejrtendenser år i forvejen.

Specifikt den nye forskning, offentliggjort i Grænser i astronomi og rumvidenskab , viser, at solcyklussen fungerer som en distinkt sekvens af begivenheder. Bemærkelsesværdige og nogle gange pludselige ændringer forekommer ved hver femtedel af en cyklus. Det er sandt uanset den nøjagtige længde af en given cyklus, som kan variere fra flere måneder til et år. I et nik til musikentusiaster kalder Leamon og kolleger det en "cirkel af femtedele."

Sådan finder du vartegnene

Det nye papir af Leamon og kolleger Scott McIntosh, ved National Center for Atmospheric Research (NCAR), og Alan Title, ved Lockheed Martin Advanced Technology Center, bygger på arbejde af Leamon, McIntosh og Daniel Marsh, også ved NCAR, offentliggjort i 2020. Det papir demonstrerede eksistensen af ​​et solcyklusfænomen, som forskerholdet kaldte "terminatoren".

Solens magnetfelt ændrer retning hver solcyklus, men der er overlap mellem på hinanden følgende cyklusser. Solens magnetfelt kaldes nogle gange for det polære felt, fordi det enten peger på den ene af solens poler eller den anden. En terminator markerer, når den foregående cyklus polarfelt er helt forsvundet fra solens overflade, og efterfølges hurtigt af en dramatisk stigning i solaktiviteten.

Det nye papir peger på yderligere vartegn langs rejsen gennem en fuld solcyklus fra terminator til terminator. Disse vartegn er tydeligere og mere konsekvente end at bruge solpletter som en guide til cyklus længde. For eksempel:"Det maksimale antal solpletter stemmer ikke helt overens med, hvornår det polære felt vender, men polarfeltets vending sker ved præcis en femtedel af cyklussen, der går fra terminator til terminator," siger Leamon.

Ved to femtedele af en cyklus dannes mørke områder kaldet "polære koronale huller" igen ved solens poler. Ved tre femtedele af en cyklus opstår det sidste X-udbrud, en klasse af meget store og potentielt farlige soludbrud. Ved fire femtedele er solpletter på et minimum - men dette vartegn er mindre konsekvent. Og så passerer solen gennem en anden terminator, hvorefter solaktiviteten hurtigt tager til igen. Andre fænomener, såsom UV-emissioner, står også fint på linje på femtedelene.

Symptomer og årsager

Holdet udvalgte mønstre i data indsamlet dagligt af to jordbaserede observatorier. Dominion Radio Astrophysical Observatory i Penticton, Canada har målt solar radioflux, som fungerer som en nyttig proxy for solaktivitet, dagligt siden 1947. Wilcox Solar Observatory ved Stanford University har indsamlet daglige målinger af magnetiske felter på solens overflade siden 1975.

Da holdet bemærkede ændringerne, der sker ved præcis en femtedel af en cyklus, spurgte de:"Hvor mange forskellige solenergi-ting kan vi se på? Og så indså vi, at de alle overlapper på det samme sæt af femtedele," siger Leamon. Forskellige parametre skifter på forskellige punkter i cyklussen, men "alt er knyttet til disse fem vartegn."

Denne nye teori om et solur ændrer fokus fra solpletter til skift i magnetfelt. "Det er næsten ligesom symptomer og årsager," siger Leamon. Mens solpletter er et vigtigt symptom, er magnetfeltet den underliggende årsag, der driver solcyklussen.

De længste tråde

Dette skift i rammer forbedrer forskernes evne til at forudsige begivenheder i solcyklussen mere præcist og længere i forvejen, hvilket giver folk som satellitoperatører tid til at forberede sig efter behov baseret på forudsagt solaktivitet. Når først observatorier detekterer en indledende polær feltvending, indstilles den præcise længde af den første femtedel af cyklussen. Det betyder, at timingen af ​​de andre femtedele (og deres tilknyttede begivenheder) er et simpelt spørgsmål om multiplikation.

Den nye ramme sætter også strammere grænser for perioden i cyklussen, hvor der forventes alvorlige udbrud, hvilket er nyttig information for mennesker på Jorden. I stedet for et gradvist skift fra minimum til maksimal aktivitet, ser perioden fra terminator til omkring tre femtedele af en cyklus ud til at være spidsperioden for flares, med et hurtigt drop-off efter det punkt indtil den næste terminator. Den nuværende cyklus begyndte efter en terminering i december 2021, og den nye ramme forudsiger, at de sidste store opblussen skulle ske i midten af ​​2027.

Leamon peger på et citat af fysikeren Richard Feynman for at forklare værdien af ​​en teori som denne, der tegner sig for mange variabler i et system:"Naturen bruger kun de længste tråde til at væve sine mønstre, så hvert lille stykke af hendes stof afslører organisationen af ​​hele tapetet," sagde Feynman. Den nye teori fra Leamon og kolleger er et eksempel på en af ​​disse lange tråde – der præcist forudsiger mange aspekter af solcyklussen med en enkelt, simpel parameter og gør det nemmere for mennesker at være klar til forandringer drevet af solen. + Udforsk yderligere

Ny solpletcyklus kan være en af ​​de stærkeste nogensinde, forudsiger ny forskning