Pogoda kosmiczna, zakłócenia wiatru słonecznego i rozbłyski radiowe

Solar wiatr, strumień naładowanych elektrycznie cząstek emanujący z zewnętrznej warstwy atmosfery, korony Słońca, stwarza zagrożenie dla form życia i współczesnego społeczeństwa ludzkiego opartego na technologii elektrycznej. Ziemskie pole magnetyczne zapewnia ochronę przed przybyciem słoneczny wiatr, odchylając je. Drastyczny słoneczny Zdarzenia takie jak wyrzut masy naładowanej elektrycznie plazmy z korony Słońca powodują zaburzenia w słoneczny wiatr. Dlatego badanie zaburzeń w warunkach słoneczny wiatr (tzw Typ przestrzeni pogoda) jest koniecznością. Koronalny wyrzut masy (CME), zwany także „słoneczny burze” lub „przestrzeń burze” są powiązane z słoneczny radio wybucha. Nauka o słoneczny rozbłyski radiowe w obserwatoriach radiowych mogą dać wyobrażenie o CME i warunkach wiatru słonecznego. Pierwsze badanie statystyczne (opublikowane niedawno) dotyczące 446 zarejestrowanych rozbłysków radiowych typu IV zaobserwowanych w ostatnim cyklu słonecznym 24 (każdy cykl odnosi się do zmiany pola magnetycznego Słońca co 11 lat) wykazało, że większość długotrwałych rozbłysków radiowych typu IV Solar Wybuchom towarzyszyły koronalne wyrzuty masy (CME) i zaburzenia warunków wiatru słonecznego. 

Podobnie jak zakłócenia wiatru wpływają na pogodę na Ziemi, przestrzeń na pogodę” wpływają zakłócenia „wiatru słonecznego”. Ale tutaj podobieństwo się kończy. W przeciwieństwie do wiatru na Ziemi, który składa się z powietrza zawierającego gazy atmosferyczne, takie jak azot, tlen itp., wiatr słoneczny składa się z przegrzanej plazmy składającej się z elektrycznie naładowanych cząstek, takich jak elektrony, protony, cząstki alfa (jony helu) i ciężkich jonów, które stale emanują z atmosfery słonecznej we wszystkich kierunkach, w tym w kierunku Ziemi.   

Słońce jest ostatecznym źródłem energii niezbędnej do życia na Ziemi, dlatego w wielu kulturach jest szanowane jako dawca życia. Ale jest też druga strona. Wiatr słoneczny, ciągły strumień naładowanych elektrycznie cząstek (tj. plazmy) pochodzących z atmosfery słonecznej, stwarza zagrożenie dla życia na Ziemi. Dzięki ziemskiemu polu magnetycznemu, które odchyla większość jonizującego wiatru słonecznego od Ziemi oraz atmosferze ziemskiej, która pochłania większość pozostałego promieniowania, zapewniając w ten sposób ochronę przed promieniowaniem jonizującym. Ale chodzi o coś więcej – oprócz zagrożenia dla biologicznych form życia, wiatr słoneczny stwarza również zagrożenie dla współczesnego społeczeństwa napędzanego elektrycznością i technologią. Systemy elektroniczne i komputerowe, sieci energetyczne, rurociągi naftowe i gazowe, telekomunikacja, radiokomunikacja, w tym sieci telefonii komórkowej, GPS, przestrzeń misje i programy, łączność satelitarna, internet itp. – wszystko to może zostać potencjalnie zakłócone i zatrzymane przez zakłócenia w wietrze słonecznym¹. Szczególnie zagrożeni są astronauci i statki kosmiczne. Było kilka takich przypadków w przeszłości, np. marzec 1989 r. „Zaciemnienie Quebecu”' w Kanadzie spowodowane ogromnym rozbłyskiem słonecznym poważnie uszkodziły sieć energetyczną. Uszkodzeniu uległy także niektóre satelity. Dlatego konieczne jest obserwowanie warunków wiatru słonecznego w sąsiedztwie Ziemi – jak jego charakterystyka, taka jak prędkość i gęstość, Pole magnetyczne siła i orientacja oraz energetyczne poziomy cząstek (tj. przestrzeń pogoda) będzie miała wpływ na formy życia i współczesne społeczeństwo ludzkie.  

Podobnie jak „przewidywanie pogody”, może „przestrzeń pogodę też można przewidzieć? Co decyduje o wietrze słonecznym i jego warunkach w pobliżu Ziemi? Czy mogą nastąpić jakieś poważne zmiany w przestrzeń pogoda będzie znana z wyprzedzeniem, aby podjąć działania zapobiegawcze w celu zminimalizowania szkodliwego wpływu na Ziemię? I dlaczego w ogóle powstaje wiatr słoneczny?   

Słońce jest kulą gorącego, naładowanego elektrycznie gazu i dlatego nie ma określonej powierzchni. Warstwa fotosfery jest traktowana jako powierzchnia Słońca, ponieważ to właśnie możemy obserwować za pomocą światła. Warstwy poniżej fotosfery do środka w kierunku jądra są dla nas nieprzezroczyste. Atmosfera słoneczna składa się z warstw znajdujących się nad powierzchnią fotosfery Słońca. Jest to przezroczyste gazowe halo otaczające Słońce. Lepiej widoczna z Ziemi podczas całkowitego zaćmienia Słońca, atmosfera słoneczna ma cztery warstwy: chromosferę, obszar przejścia słonecznego, koronę i heliosferę.  

Wiatr słoneczny powstaje w koronie, drugiej warstwie (od zewnątrz) atmosfery słonecznej. Korona to warstwa bardzo gorącej plazmy. Podczas gdy temperatura powierzchni Słońca wynosi około 6000 K, średnia temperatura korony wynosi około 1-2 milionów K. Nazywany „paradoksem koronalnego ogrzewania”, mechanizm i procesy nagrzewania korony oraz przyspieszania wiatru słonecznego do bardzo duża prędkość i ekspansja w międzyplanetarny przestrzeń nie jest jeszcze dobrze poznany, ² chociaż w niedawnym artykule naukowcy starali się rozwiązać ten problem za pomocą fotonów pochodzenia aksjonu (hipotetycznej cząstki elementarnej ciemnej materii) ³.  

Czasami ogromna ilość gorącej plazmy jest wyrzucana z korony do najbardziej zewnętrznej warstwy atmosfery słonecznej (heliosfery). Stwierdzono, że wyrzuty masy plazmy z korony, zwane koronalnymi wyrzutami masy (CME), powodują duże zaburzenia temperatury, prędkości, gęstości i emisji wiatru słonecznego. międzyplanetarny pole magnetyczne. Wytwarzają one silne burze magnetyczne w polu geomagnetycznym Ziemi ⁴. Erupcja plazmy z korony pociąga za sobą przyspieszenie elektronów, a przyspieszenie naładowanych cząstek generuje fale radiowe. W rezultacie koronalne wyrzuty masy (CME) są również powiązane z wybuchami sygnałów radiowych ze Słońca ⁵, Dlatego przestrzeń badania pogodowe obejmowałyby badanie czasu i intensywności wyrzutów masy plazmy z korony w połączeniu z towarzyszącymi im rozbłyskami słonecznymi, czyli rozbłyskami radiowymi typu IV trwającymi przez długi czas (dłużej niż 10 minut).    

W przeszłości badano występowanie rozbłysków radiowych we wcześniejszych cyklach słonecznych (okresowy cykl pola magnetycznego Słońca co 11 lat) w związku z koronalnymi wyrzutami masy (CME).  

Jedno niedawne długoterminowe badanie statystyczne autorstwa Anshu Kumari i in. z Uniwersytet w Helsinkach na impulsy radiowe obserwowane w cyklu słonecznym 24, rzuca dalsze światło na powiązanie długotrwałych impulsów radiowych o szerszej częstotliwości (nazywanych impulsami typu IV) z CME. Zespół odkrył, że po około 81% wybuchów typu IV nastąpiły koronalne wyrzuty masy (CME). Około 19% wybuchów typu IV nie towarzyszyły CME. Ponadto tylko 2.2% CME towarzyszą impulsy radiowe typu IV ⁶.  

Zrozumienie harmonogramu długotrwałych wybuchów typu IV i CME w sposób przyrostowy pomoże w projektowaniu i harmonogramie bieżących i przyszłych wybuchów przestrzeń odpowiednie programy, aby zmniejszyć ich wpływ na takie misje, a ostatecznie na formy życia i cywilizację na Ziemi. 

***

Referencje:    

1. Biały SM., nd. Wybuch radia słonecznego i Typ przestrzeni Pogoda. Uniwersytet Marylandu. Dostępne w Internecie pod adresem https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Dostęp 29 Jamaury 2021. 

2. Aschwanden MJ i wsp. 2007. Paradoks ogrzewania koronalnego. The Astrophysical Journal, tom 659, numer 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Rozwiązanie problemu ogrzewania koronalnego za pomocą fotonów pochodzenia aksjonowego. Fizyka ciemnego wszechświata Tom 31, styczeń 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. Koronalne wyrzuty masy i zakłócenia parametrów plazmy wiatru słonecznego w związku z burzami geomagnetycznymi. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N., 2011. Koronalne wyrzuty masy i emisje promieniowania słonecznego. Centrum danych CDAW NASA. Dostępne online pod adresem https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Dostęp 29 stycznia 2021 r.  

6. Kumari A., Morosan DE. i Kilpua EKJ., 2021. O występowaniu wybuchów radiowych typu IV w cyklu słonecznym 24 i ich związku z koronalnymi wyrzutami masy. Opublikowane 11 stycznia 2021. The Astrophysical Journal, tom 906, numer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***