Ηλιακός wind, the stream of electrically charged particles emanating from the outer atmospheric layer corona of Sun, poses threat to life form and electrical technology based modern human society. Earth’s magnetic field provide protection against the incoming ηλιακός wind by deflecting them away. Drastic ηλιακός events like mass ejection of electrically charged plasma from the corona of Sun creates disturbances in the ηλιακός wind. Therefore, study of disturbances in the conditions of ηλιακός wind (called Χώρος weather) is an imperative. Coronal Mass Ejection (CMEs), also called ‘ηλιακός storms’ or ‘χώρος storms’ is associated with the ηλιακός ραδιόφωνο bursts. Study of ηλιακός radio bursts in the radio observatories can give an idea about CMEs and solar wind conditions. The first statistical study (published recently) of 446 recorded type IV radio bursts observed in the last solar cycle 24 (each cycle refers to the change in Sun’s magnetic field every 11 years), have found that the majority of Long Duration Type IV Radio Ηλιακός Bursts were accompanied by Coronal Mass Ejection (CMEs) and disturbances in the solar wind conditions.
Just the way weather on Earth is affected by the disturbances in the wind, χώρος weather’ is affected by the disturbances in the ‘solar wind’. But the similarity ends here. Unlike wind on Earth which is made of air comprising of atmospheric gases like nitrogen, oxygen etc, the solar wind consists of superheated plasma comprising of electrically charged particles like electrons, protons, alpha particles (helium ions) and heavy ions that continuously emanate from the sun’s atmosphere in all directions including in the direction of Earth.
Sun is the ultimate source of energy to life on Earth hence respected in many cultures as giver of life. But there is other side too. The solar wind, the continuous stream of electrically charged particles (viz. plasma) originating from the solar atmosphere poses threat to the life on Earth. Thanks to Earth’s magnetic field that deflects most of the ionising solar wind away (from the Earth) and the Earth’s atmosphere that absorb most of the remaining radiation thus providing protection from the ionising radiation. But there is more to it – in addition to threat to the biological life forms, solar wind also poses threat to electricity and technology driven modern society. The electronic and computer systems, power grids, oil and gas pipelines, telecom, radio communication including mobile phone networks, GPS, χώρος missions and programmes, satellite communications, internet etc. – all these can potentially be disrupted and brought to standstill by disturbances in solar wind1. Οι αστροναύτες και τα διαστημόπλοια κινδυνεύουν ιδιαίτερα. Υπήρχαν αρκετές περιπτώσεις αυτού στο παρελθόν, π.χ. τον Μάρτιο του 1989 «Μπλάκαουτ του Κεμπέκστον Καναδά που προκλήθηκε λόγω της τεράστιας ηλιακής έκλαμψης είχε σοβαρή ζημιά στο ηλεκτρικό δίκτυο. Κάποιοι δορυφόροι επίσης είχαν υποστεί ζημιές. Ως εκ τούτου, είναι επιτακτική ανάγκη να παρακολουθούμε τις συνθήκες του ηλιακού ανέμου στην περιοχή της Γης – πώς τα χαρακτηριστικά του όπως η ταχύτητα και η πυκνότητα, μαγνητικό πεδίο strength and orientation, and energetic particle levels (i.e., χώρος weather) will have an impact on life forms and modern human society.
Like ‘weather prediction’, can ‘χώρος weather’ too be predicted? What determines the solar wind and its conditions in the vicinity of Earth? Can any serious changes in χώρος weather be known in advance to take pre-emptive actions to minimise damaging impact on Earth? And, why at all does the solar wind form?
Ο Ήλιος είναι μια σφαίρα θερμού ηλεκτρικά φορτισμένου αερίου και επομένως, δεν έχει συγκεκριμένη επιφάνεια. Το στρώμα της φωτόσφαιρας αντιμετωπίζεται ως επιφάνεια του ήλιου επειδή αυτό μπορούμε να παρατηρήσουμε με το φως. Τα στρώματα κάτω από τη φωτόσφαιρα προς τα μέσα προς τον πυρήνα είναι αδιαφανή για εμάς. Η ηλιακή ατμόσφαιρα αποτελείται από στρώματα πάνω από την επιφάνεια της φωτόσφαιρας του ήλιου. Είναι το διαφανές αέριο φωτοστέφανο που περιβάλλει τον Ήλιο. Καλύτερα ορατή από τη Γη κατά τη διάρκεια της ολικής έκλειψης ηλίου, η ηλιακή ατμόσφαιρα έχει τέσσερα στρώματα: χρωμόσφαιρα, περιοχή ηλιακής μετάβασης, στέμμα και ηλιόσφαιρα.
Solar wind is formed in corona, the second layer (from outside) of the solar atmosphere. Corona is a layer of very hot plasma. While the temperature of the surface of the Sun is about 6000K, the average temperature of corona is about 1-2 million K. Called ‘Coronal Heating Paradox’, the mechanism and the processes of heating of corona and acceleration of the solar wind to very high speed and expansion into διαπλανητικός χώρος is not well understood yet, 2 αν και σε μια πρόσφατη εργασία, οι ερευνητές προσπάθησαν να το λύσουν μέσω φωτονίων προέλευσης του αξιονίου (το υποθετικό στοιχειώδες σωματίδιο της σκοτεινής ύλης). 3.
Occasionally, huge amount of hot plasma is ejected from corona into the outermost layer of solar atmosphere (heliosphere). Called Coronal Mass Ejections (CMEs), the mass ejections of plasma from corona are found to generate large disturbances in solar wind temperature, velocity, density and διαπλανητικός magnetic field. These create strong magnetic storms in the geomagnetic field of the Earth 4. Η έκρηξη του πλάσματος από το στέμμα συνεπάγεται επιτάχυνση των ηλεκτρονίων και η επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων δημιουργεί ραδιοκύματα. Ως αποτέλεσμα, οι Coronal Mass Ejections (CMEs) σχετίζονται επίσης με εκρήξεις ραδιοφωνικών σημάτων από τον Ήλιο 5. Επομένως, χώρος weather studies would involve study of timing and intensity of mass ejections of plasma from the corona in conjunction with the associated solar bursts which is a Type IV radio burst lasting for long-duration (greater than 10 min.).
Η εμφάνιση ραδιοεκρήξεων στους προηγούμενους ηλιακούς κύκλους (ο περιοδικός κύκλος του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου κάθε 11 χρόνια) σε σχέση με τις Coronal Mass Ejections (CMEs) έχει μελετηθεί στο παρελθόν.
Μια πρόσφατη μακροπρόθεσμη στατιστική μελέτη από Anshu Kumari et al. του Πανεπιστήμιο του Ελσίνκι στις ραδιοεκρήξεις που παρατηρήθηκαν στον ηλιακό κύκλο 24, ρίχνει περαιτέρω φως στη συσχέτιση μακράς διάρκειας, ευρύτερης συχνότητας ραδιοεκρήξεων (που ονομάζονται εκρήξεις τύπου IV) με CME. Η ομάδα διαπίστωσε ότι περίπου το 81% των εκρήξεων τύπου IV ακολουθήθηκαν από εκτινάξεις μάζας στεφάνης (CME). Περίπου το 19% των εκρήξεων τύπου IV δεν συνοδεύονταν από CME. Επιπλέον, μόνο το 2.2% των CME συνοδεύονται από ραδιοφωνικές εκρήξεις τύπου IV 6.
Understanding the timing of type IV long duration bursts and the CMEs in an incremental manner will help in the design and timing of the ongoing and future χώρος programs accordingly, so as to lessen the impact of these on such missions and ultimately on the life forms and the civilization on Earth.
***
αναφορές:
- White SM., nd. Solar Radio Bursts and Χώρος Weather. University of Maryland. Available online at https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Πρόσβαση στις 29 Jamaury 2021.
- Aschwanden MJ et al 2007. The Coronal Heating Paradox. The Astrophysical Journal, Volume 659, Number 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070
- Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Λύση προβλήματος στεφανιαίας θέρμανσης μέσω φωτονίων προέλευσης άξονα. Physics of the Dark Universe Volume 31, January 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746
- 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
- Gopalswamy N., 2011. Coronal Mass Ejections and Solar Radio Emissions. Κέντρο δεδομένων CDAW NASA. Διαθέσιμο online στο https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Πρόσβαση στις 29 Ιανουαρίου 2021.
- Kumari A., Morosan DE., and Kilpua EKJ., 2021. On the Occurence of Type IV Solar Radio Bursts in Solar Cycle 24 and Their Association with Coronal Mass Ejections. Δημοσιεύθηκε στις 11 Ιανουαρίου 2021. The Astrophysical Journal, Volume 906, Number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878
***
