Rymdväder, solvindstörningar och radioutbrott

Solenergi vind, strömmen av elektriskt laddade partiklar som kommer från solens yttre atmosfäriska skiktets korona, utgör ett hot mot livsform och elektrisk teknik baserade moderna mänskliga samhällen. Jordens magnetfält ger skydd mot inkommande sol- vind genom att avleda dem bort. Drastiskt sol- händelser som massutstötning av elektriskt laddad plasma från solens korona skapar störningar i sol- vind. Därför studie av störningar i förhållandena för sol- vind (kallas Utrymme väder) är ett krav. Coronal Mass Ejection (CMEs), även kallad 'sol- stormar' eller 'plats stormar' är förknippad med sol- radio spricker. Studie av sol- radioskurar i radioobservatorierna kan ge en uppfattning om CME och solvindsförhållanden. Den första statistiska studien (publicerad nyligen) av 446 inspelade typ IV-radioskurar observerade under den senaste solcykeln 24 (varje cykel hänvisar till förändringen i solens magnetfält vart elfte år), har funnit att majoriteten av långvarig typ IV-radio Solenergi Sprängningar åtföljdes av Coronal Mass Ejection (CME) och störningar i solvindsförhållandena. 

Precis som vädret på jorden påverkas av störningarna i vinden, plats väder' påverkas av störningarna i 'solvinden'. Men likheten slutar här. Till skillnad från vinden på jorden som är gjord av luft som består av atmosfäriska gaser som kväve, syre etc, består solvinden av överhettad plasma som består av elektriskt laddade partiklar som elektroner, protoner, alfapartiklar (heliumjoner) och tunga joner som kontinuerligt emanerar från solens atmosfär i alla riktningar inklusive i riktning mot jorden.   

Solen är den ultimata energikällan till liv på jorden och respekteras därför i många kulturer som givare av liv. Men det finns en annan sida också. Solvinden, den kontinuerliga strömmen av elektriskt laddade partiklar (dvs plasma) som kommer från solatmosfären utgör ett hot mot livet på jorden. Tack vare jordens magnetfält som avleder det mesta av den joniserande solvinden bort (från jorden) och jordens atmosfär som absorberar det mesta av den återstående strålningen och ger därmed skydd mot den joniserande strålningen. Men det finns mer i det – förutom ett hot mot de biologiska livsformerna utgör solvinden också ett hot mot det elektricitets- och teknikdrivna moderna samhället. Elektronik- och datorsystem, elnät, olje- och gasledningar, telekom, radiokommunikation inklusive mobiltelefonnät, GPS, plats uppdrag och program, satellitkommunikation, internet etc. – allt detta kan potentiellt störas och stoppas av störningar i solvinden¹. Astronauter och rymdfarkoster är särskilt utsatta. Det fanns flera fall av detta tidigare, t.ex. mars 1989 'Quebec Blackout' i Kanada orsakade på grund av massiva solflammor hade svårt skadat elnätet. Vissa satelliter hade också skadats. Därför är det absolut nödvändigt att hålla koll på förhållandena för solvinden i närheten av jorden – hur dess egenskaper som hastighet och densitet, Magnetfältet styrka och orientering och energipartikelnivåer (dvs. plats väder) kommer att ha en inverkan på livsformer och det moderna mänskliga samhället.  

Som 'väderprognoser' kan 'plats väder förutsägas också? Vad bestämmer solvinden och dess förhållanden i närheten av jorden? Kan några allvarliga förändringar i plats vädret vara känt i förväg för att vidta förebyggande åtgärder för att minimera skadlig påverkan på jorden? Och varför bildas solvinden överhuvudtaget?   

Solen är en boll av het elektriskt laddad gas och har därför ingen bestämd yta. Fotosfärskiktet behandlas som solens yta eftersom det är detta vi kan observera med ljus. Lager under fotosfären inåt mot kärnan är ogenomskinliga för oss. Solatmosfären är gjord av lager ovanför solens fotosfäryta. Det är den genomskinliga gasformiga halo som omger solen. Bättre sett från jorden under den totala solförmörkelsen har solatmosfären fyra lager: kromosfär, solövergångsområde, korona och heliosfär.  

Solvinden bildas i korona, det andra lagret (från utsidan) av solatmosfären. Corona är ett lager av mycket het plasma. Medan temperaturen på solens yta är cirka 6000K, är medeltemperaturen för korona cirka 1-2 miljoner K. Kallas 'Coronal Heating Paradox', mekanismen och processerna för uppvärmning av korona och acceleration av solvinden till mycket hög hastighet och expansion till interplanetär plats är inte väl förstått ännu, ² men i en ny artikel har forskare försökt lösa detta med hjälp av axion (den hypotetiska elementarpartikeln av mörk materia) ursprungsfotoner ³.  

Ibland stöts enorma mängder het plasma ut från korona till det yttersta lagret av solatmosfären (heliosfären). Kallas Coronal Mass Ejections (CMEs), massutstötningar av plasma från korona visar sig generera stora störningar i solvindens temperatur, hastighet, densitet och interplanetär magnetiskt fält. Dessa skapar starka magnetiska stormar i jordens geomagnetiska fält ⁴. Utbrott av plasma från korona involverar acceleration av elektroner och acceleration av laddade partiklar genererar radiovågor. Som ett resultat är Coronal Mass Ejections (CMEs) också associerade med skurar av radiosignaler från solen ⁵. Därför, plats väderstudier skulle involvera studier av timing och intensitet av massutstötningar av plasma från koronan i samband med de associerade solutbrotten, som är en typ IV-radioskur som varar under lång varaktighet (mer än 10 min.).    

Förekomsten av radioskurar i de tidigare solcyklerna (den periodiska cykeln för solens magnetfält vart elfte år) i relation till Coronal Mass Ejections (CME) har studerats tidigare.  

En färsk långtidsstatistisk studie av Anshu Kumari et al. av Helsingfors universitet på radioskurar observerade i solcykeln 24, kastar ytterligare ljus på associering av långvariga, bredare frekvensradioskurar (kallade typ IV-skurar) med CME. Teamet fann att cirka 81% av typ IV-skurarna följdes av coronal mass ejections (CMEs). Cirka 19 % av typ IV-skurar åtföljdes inte av CME. Dessutom åtföljs endast 2.2 % av CME:erna av typ IV-radioskurar ⁶.  

Att förstå tidpunkten för långvariga skurar av typ IV och CMEs på ett stegvis sätt kommer att hjälpa till vid utformningen och timingen av pågående och framtida plats program i enlighet därmed, för att minska inverkan av dessa på sådana uppdrag och i slutändan på livsformerna och civilisationen på jorden. 

***

Referenser:    

1. Vit SM., nd. Solar Radio Bursts och Utrymme Väder. University of Maryland. Finns online på https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Tillträde den 29 Jamaury 2021. 

2. Aschwanden MJ et al 2007. The Coronal Heating Paradox. The Astrophysical Journal, volym 659, nummer 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Koronal uppvärmningsproblemlösning med hjälp av axionsursprungsfotoner. Physics of the Dark Universe Volym 31, januari 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. Coronal Mass Ejections and Disturbances in Solar Wind Plasma Parameters in Relation with Geomagnetic Storms. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N., 2011. Coronal Mass Ejections and Solar Radio Emissions. CDAW Datacenter NASA. Tillgänglig online på https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Tillträde den 29 januari 2021.  

6. Kumari A., Morosan DE., och Kilpua EKJ., 2021. Om förekomsten av solenergiutbrott av typ IV i solcykel 24 och deras samband med koronala massutstötningar. Publicerad 11 januari 2021. The Astrophysical Journal, Volym 906, nummer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***