Διαστημικός καιρός, διαταραχές ηλιακού ανέμου και ραδιοεκρήξεις

Ηλιακός Ο άνεμος, το ρεύμα των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που προέρχονται από το εξωτερικό στέμμα του Ήλιου στο εξωτερικό ατμοσφαιρικό στρώμα, αποτελεί απειλή για τη μορφή ζωής και την ηλεκτρική τεχνολογία που βασίζεται στη σύγχρονη ανθρώπινη κοινωνία. Το μαγνητικό πεδίο της Γης παρέχει προστασία από τα εισερχόμενα ηλιακός άνεμος εκτρέποντάς τα μακριά. Δραστικός ηλιακός γεγονότα όπως η μαζική εκτόξευση ηλεκτρικά φορτισμένου πλάσματος από το στέμμα του Ήλιου δημιουργεί διαταραχές στο ηλιακός άνεμος. Επομένως, μελέτη των διαταραχών στις συνθήκες του ηλιακός άνεμος (ονομάζεται Χώρος καιρός) είναι επιτακτική ανάγκη. Coronal Mass Ejection (CMEs), που ονομάζεται επίσης «ηλιακός καταιγίδες" ή "χώρος καταιγίδες» συνδέεται με την ηλιακός ραδιόφωνο εκρήξεις. Μελέτη του ηλιακός Οι ραδιοεκρήξεις στα ραδιοπαρατηρητήρια μπορούν να δώσουν μια ιδέα για τα CME και τις συνθήκες του ηλιακού ανέμου. Η πρώτη στατιστική μελέτη (που δημοσιεύτηκε πρόσφατα) με 446 καταγεγραμμένες ραδιοφωνικές εκρήξεις τύπου IV που παρατηρήθηκαν στον τελευταίο ηλιακό κύκλο 24 (κάθε κύκλος αναφέρεται στην αλλαγή του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου κάθε 11 χρόνια), διαπίστωσε ότι η πλειονότητα των ραδιοφωνικών ραδιοφώνων μακράς διάρκειας Τύπου IV Ηλιακός Οι εκρήξεις συνοδεύτηκαν από Coronal Mass Ejection (CMEs) και διαταραχές στις συνθήκες του ηλιακού ανέμου. 

Όπως ακριβώς επηρεάζεται ο καιρός στη Γη από τις διαταραχές του ανέμου, χώρος ο καιρός» επηρεάζεται από τις διαταραχές στον «ηλιακό άνεμο». Όμως η ομοιότητα τελειώνει εδώ. Σε αντίθεση με τον άνεμο στη Γη που αποτελείται από αέρα που αποτελείται από ατμοσφαιρικά αέρια όπως άζωτο, οξυγόνο κ.λπ., ο ηλιακός άνεμος αποτελείται από υπέρθερμο πλάσμα που αποτελείται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια, σωματίδια άλφα (ιόντα ηλίου) και βαρέα ιόντα που προέρχονται συνεχώς από το ατμόσφαιρα του ήλιου προς όλες τις κατευθύνσεις, συμπεριλαμβανομένης της κατεύθυνσης της Γης.   

Ο ήλιος είναι η απόλυτη πηγή ενέργειας για τη ζωή στη Γη, γι' αυτό και σε πολλούς πολιτισμούς είναι σεβαστός ως δότης ζωής. Υπάρχει όμως και η άλλη πλευρά. Ο ηλιακός άνεμος, το συνεχές ρεύμα ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων (δηλ. πλάσμα) που προέρχονται από την ηλιακή ατμόσφαιρα αποτελεί απειλή για τη ζωή στη Γη. Χάρη στο μαγνητικό πεδίο της Γης που εκτρέπει το μεγαλύτερο μέρος του ιονίζοντος ηλιακού ανέμου μακριά (από τη Γη) και τη γήινη ατμόσφαιρα που απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της υπολειπόμενης ακτινοβολίας παρέχοντας έτσι προστασία από την ιονίζουσα ακτινοβολία. Αλλά υπάρχουν περισσότερα σε αυτό - εκτός από την απειλή για τις βιολογικές μορφές ζωής, ο ηλιακός άνεμος αποτελεί επίσης απειλή για την ηλεκτρική ενέργεια και την τεχνολογία που καθοδηγείται από τη σύγχρονη κοινωνία. Τα ηλεκτρονικά και υπολογιστικά συστήματα, τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, οι αγωγοί πετρελαίου και φυσικού αερίου, οι τηλεπικοινωνίες, οι ραδιοεπικοινωνίες συμπεριλαμβανομένων των δικτύων κινητής τηλεφωνίας, το GPS, χώρος αποστολές και προγράμματα, δορυφορικές επικοινωνίες, Διαδίκτυο κ.λπ. – όλα αυτά ενδέχεται να διαταραχθούν και να σταματήσουν λόγω διαταραχών στον ηλιακό άνεμο¹. 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 δύναμη και προσανατολισμός, και ενεργειακά επίπεδα σωματιδίων (δηλ. χώρος καιρός) θα έχει αντίκτυπο στις μορφές ζωής και στη σύγχρονη ανθρώπινη κοινωνία.  

Όπως η «πρόβλεψη καιρού», μπορεί ναχώρος να προβλεφθεί και ο καιρός; Τι καθορίζει τον ηλιακό άνεμο και τις συνθήκες του στην περιοχή της Γης; Μπορεί να υπάρχουν σοβαρές αλλαγές σε χώρος είναι γνωστό εκ των προτέρων ο καιρός για τη λήψη προληπτικών μέτρων για την ελαχιστοποίηση των καταστροφικών επιπτώσεων στη Γη; Και γιατί δημιουργείται ο ηλιακός άνεμος;   

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.  

Ο ηλιακός άνεμος σχηματίζεται στο στέμμα, το δεύτερο στρώμα (από έξω) της ηλιακής ατμόσφαιρας. Η κορώνα είναι ένα στρώμα πολύ ζεστού πλάσματος. Ενώ η θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου είναι περίπου 6000 Κ, η μέση θερμοκρασία της κορώνας είναι περίπου 1-2 εκατομμύρια Κ. Ονομάζεται «Στεφανιακό Παράδοξο Θέρμανσης», ο μηχανισμός και οι διαδικασίες θέρμανσης της κορώνας και επιτάχυνσης του ηλιακού ανέμου σε πολύ υψηλή ταχύτητα και επέκταση σε διαπλανητικός χώρος δεν είναι ακόμα καλά κατανοητό, 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.  

Περιστασιακά, τεράστια ποσότητα θερμού πλάσματος εκτοξεύεται από το στέμμα στο πιο εξωτερικό στρώμα της ηλιακής ατμόσφαιρας (ηλιόσφαιρα). Ονομάζονται Coronal Mass Ejections (CMEs), οι μαζικές εκτοξεύσεις πλάσματος από το στέμμα βρέθηκε ότι προκαλούν μεγάλες διαταραχές στη θερμοκρασία του ηλιακού ανέμου, την ταχύτητα, την πυκνότητα και διαπλανητικός μαγνητικό πεδίο. Αυτά δημιουργούν ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες στο γεωμαγνητικό πεδίο της Γης 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 Οι καιρικές μελέτες θα περιλαμβάνουν μελέτη του χρόνου και της έντασης των μαζικών εκτοξεύσεων πλάσματος από το στέμμα σε συνδυασμό με τις σχετικές ηλιακές εκρήξεις που είναι μια ραδιοέκρηξη τύπου IV που διαρκεί για μεγάλη διάρκεια (μεγαλύτερη από 10 λεπτά).    

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.  

Η κατανόηση του χρονισμού των εκρήξεων μεγάλης διάρκειας τύπου IV και των CME με σταδιακό τρόπο θα βοηθήσει στο σχεδιασμό και το χρονοδιάγραμμα της τρέχουσας και μελλοντικής χώρος προγράμματα ανάλογα, ώστε να μειωθεί ο αντίκτυπός τους σε τέτοιες αποστολές και τελικά στις μορφές ζωής και στον πολιτισμό στη Γη. 

***

αναφορές:    

1. Λευκό SM., nd. Εκρήξεις ηλιακού ραδιοφώνου και Χώρος Καιρός. Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ. Διαθέσιμο online στο https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Πρόσβαση στις 29 Jamaury 2021. 

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

3. 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  

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. Κέντρο δεδομένων CDAW NASA. Διαθέσιμο online στο https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Πρόσβαση στις 29 Ιανουαρίου 2021.  

6. 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  

***