En ny metode til at forudsige den 11-årige solcyklusstyrke

Forskere fra Skoltech og deres kolleger fra University of Graz &Kanzelhöhe Observatory (Østrig), Hvar Observatory (Kroatien) og det belgiske Solar-Terrestrial Center of Excellence—SILSO, Royal Observatory of Belgium præsenterede en ny metode til at forudsige styrken af den 11-årige solcyklus. Resultaterne er vigtige for at foregribe og afbøde rumvejreffekter på astronauter, piloter og moderne teknologiske systemer både i rummet og på Jorden. Undersøgelsen vil blive offentliggjort i Astronomy &Astrophysics .

Solen er kilden til kraftige eksplosioner, der kan påvirke astronauter og moderne teknologier i rummet og på Jorden. I begyndelsen af ​​det 17. århundrede rettede Galileo Galilei sit teleskop mod solen og opdagede solpletter. I det 19. århundrede blev det klart, at solpletter opstår og forsvinder med en vis periodicitet, i gennemsnit hvert 11. år. Solpletter overvåges nu regelmæssigt af mere end 80 observatorier over hele verden, og forskere har udarbejdet kontinuerlige solpletter i over fire århundreder, hvilket er det længste videnskabelige eksperiment i menneskehedens historie.

Solpletter er visuelle manifestationer af kraftige magnetiske felter, der er steget op fra solens indre gennem dens overflade. De magnetiske rør, der transporterer solmateriale, dukker op fra en solplet og danner en kæmpe sløjfe, der kommer ind i overfladen igen gennem en anden solplet. Derfor kommer de fleste solpletter i par, der ligesom en magnet har modsatte polariteter - den ene er positiv og den anden negativ. Fri magnetisk energi akkumuleres i disse sløjfer og kan pludselig frigives, for eksempel i form af en flare eller plasmaudstødning.

Inden for få minutter kan et soludbrud frigive 100.000 gange mere energi, end alle kraftværker på Jorden genererer i løbet af et år. Lyset fra blusset når Jorden inden for otte minutter; Jordens tætte atmosfære absorberer den farlige stråling fra blusset og beskytter livet på overfladen. Men ikke desto mindre kræver dette sin vejafgift, radiokommunikation og GPS kan blive forstyrret. For eksempel, i november 2015 i Sverige, forsvandt flyvemaskiner fra radarer på grund af et soludbrud. Og når solen er i stormende humør, er flyselskaberne tvunget til at aflyse flyvninger over polerne, fordi der ikke er radiokommunikation under storme. Ofte, lige efter et blus, bliver plasmaskyer slynget ud af solkoronaen og slynget ud i rummet. Koronale masseudstødninger, gigantiske milliarder tons magnetiske plasmabobler, udvider sig hurtigt udad fra solen og kan ramme Jorden i løbet af få dage, hvis dens kredsløb skærer hinanden. Det er sådan, solen formidler sin stemning til vores planet - en geomagnetisk storm raser, og nordlys dukker op.

"I øjeblikket gik vi ind i den stigende fase af en ny solcyklus (nr. 25) og ser, hvordan flere og flere solpletter dukker op på solen. Flere solpletter - flere solstorme, udbrud og koronale masseudslip. For nylig opsendte SpaceX 49 satellitter som en del af Elon Musks Starlink-internetprojekt. Men desværre gik de fleste CubeSats tabt og nåede det ikke til deres forudsete kredsløb. Denne fejl kostede mere end US$50 millioner og var forårsaget af en solstorm. Derfor forudsigelser af solaktivitet er ekstremt vigtige for planlægning af satellitopsendelser, langsigtede rummissioner, forudsigelse af strålingseksponeringer på flyflyvninger og mange andre rumvejrapplikationer for at leve i harmoni med en stormfuld stemning af solen," siger Skoltech lektor Tatiana Podladchikova, undersøgelsens hovedforfatter.

Forfatterne til den nylige undersøgelse i Astronomy &Astrophysics kom med en ny metode til at forudsige styrken af ​​den 11-årige solcyklus. Holdet viste, at den maksimale væksthastighed for solpletaktivitet i den stigende fase af en solcyklus er en effektiv forløber for amplituden af ​​solcyklussen. Ved at bruge det nye katalog over halvkugle-solpletnumre, som for nylig blev præsenteret af holdet, viste de, at forudsigelserne af solcyklus-amplituderne er mere nøjagtige, når udviklingen af ​​solaktivitet betragtes separat for de to halvkugler af solen.

"Solens magnetfelt er drivkraften bag den 11-årige solcyklus og af energiske udbrud fra vores sol. Vi har lært af vores undersøgelse, at vi kan opnå mere præcise forudsigelser af solaktivitet, når vi bruger halvkugleformede solpletdata, som fanger de asymmetriske og ud-af-fase opførsel af solens magnetfeltudvikling i den nordlige og sydlige solhalvkugle," siger studiets medforfatter Astrid Veronig, professor ved University of Graz og leder af Kanzelhöhe Observatory for Solar and Environmental Research.

Skoltech Ph.D. studerende og studiemedforfatter Shantanu Jain fremhævede den praktiske betydning af deres nye undersøgelse af solcyklusforudsigelser:"Denne undersøgelse giver os mulighed for præcist at bestemme udviklingen af ​​solcyklussen i god tid og forberede os i tilfælde af en ekstrem rumvejrhændelse Med stigende afhængighed af teknologi i det 21. århundrede kan en ekstrem rumvejrhændelse forstyrre vores daglige liv, da den kan beskadige elnettene, kommunikationslinjerne og påvirke internettet og forårsage massive økonomiske tab. Men effektive og nøjagtige teknikker til forudsigelse af rumvejr kan hjælpe os for at forhindre sådanne scenarier."

"Vores arbejde bekræfter den høje betydning af en uafhængig undersøgelse af solens halvkugler og regelmæssig dataindsamling for dem. Også værd at bemærke, at vores metode kan bruges i realtid, vi kan forudsige cyklus amplituden kontinuerligt over udviklingen af ​​den stigende fase af en solcyklus og opdatere forudsigelsen, når den seneste værdi af væksthastigheden er større end den foregående. Med aktuelt tilgængelige data forudsiger vi, at det lavere estimat af amplituden af ​​den aktuelle solcyklus (nr. 25) vil være 110±26 , hvilket er sammenligneligt med den tidligere 11-årige solcyklus (nr. 24),« siger studiemedforfatter og Skoltechs cand.scient.-uddannede Olga Sutyrina, som i øjeblikket forfølger sin karriere som forsker ved Schlumberger.

"Sådanne forudsigelser på mellemlangt sigt kan kun hvile på længe tidligere dataserier, der gengiver den faktiske udvikling af solcyklussen i løbet af århundreder. Specifikt udnyttede dette arbejde det nyligt omkalibrerede solplettal fra WDC-SILSO, kombineret med hemisfærisk information hentet fra Greenwich fotografiske katalog. Denne datakombination producerede et endnu rigere statistisk grundlag for at bygge denne nye forudsigelsesteknik," kommenterede undersøgelsens medforfatter og lederen af ​​World Data Center SILSO Frédéric Clette.

"Og uanset hvilke storme der måtte rase, ønsker vi alle godt vejr i rummet," sluttede Tatiana Podladchikova. + Udforsk yderligere

'Ingen grund til panik', da solplet med potentiale for soludbrud fordobles i størrelse i løbet af natten, siger videnskabsmænd