Romvær, solvindforstyrrelser og radioutbrudd

Solar vind, strømmen av elektrisk ladede partikler som kommer fra det ytre atmosfæriske lagkoronaen til Solen, utgjør en trussel mot livsform og elektrisk teknologi basert moderne menneskelig samfunn. Jordens magnetfelt gir beskyttelse mot innkommende solenergi vind ved å avlede dem bort. Drastisk solenergi hendelser som masseutstøting av elektrisk ladet plasma fra solens korona skaper forstyrrelser i solenergi vind. Derfor studie av forstyrrelser i forholdene for solenergi vind (kalt Rom vær) er et imperativ. Coronal Mass Ejection (CME), også kalt 'solenergi stormer' eller 'plass stormer' er forbundet med solenergi radio utbrudd. Studie av solenergi radioutbrudd i radioobservatoriene kan gi en idé om CME-er og solvindforhold. Den første statistiske studien (publisert nylig) av 446 registrerte type IV-radioutbrudd observert i den siste solsyklusen 24 (hver syklus refererer til endringen i solens magnetfelt hvert 11. år), har funnet at flertallet av langvarig type IV-radio Solar Bursts ble ledsaget av Coronal Mass Ejection (CME) og forstyrrelser i solvindforholdene. 

Akkurat slik været på jorden påvirkes av forstyrrelser i vinden, plass vær' påvirkes av forstyrrelsene i 'solvinden'. Men likheten slutter her. I motsetning til vind på jorden som er laget av luft som består av atmosfæriske gasser som nitrogen, oksygen osv., består solvinden av overopphetet plasma som består av elektrisk ladede partikler som elektroner, protoner, alfapartikler (heliumioner) og tunge ioner som kontinuerlig kommer fra solens atmosfære i alle retninger, inkludert i retning mot jorden.   

Solen er den ultimate energikilden til liv på jorden og respekteres derfor i mange kulturer som livgiver. Men det er en annen side også. Solvinden, den kontinuerlige strømmen av elektrisk ladede partikler (dvs. plasma) som stammer fra solatmosfæren utgjør en trussel mot livet på jorden. Takket være jordens magnetfelt som avleder det meste av den ioniserende solvinden bort (fra jorden) og jordens atmosfære som absorberer mesteparten av den gjenværende strålingen og gir dermed beskyttelse mot den ioniserende strålingen. Men det er mer til det – i tillegg til trusselen mot de biologiske livsformene, utgjør solvinden også en trussel mot elektrisitet og teknologidrevet moderne samfunn. Elektronikk- og datasystemene, kraftnett, olje- og gassrørledninger, telekom, radiokommunikasjon inkludert mobiltelefonnettverk, GPS, plass oppdrag og programmer, satellittkommunikasjon, internett etc. – alt dette kan potensielt bli forstyrret og stoppet av forstyrrelser i solvinden¹. Astronauter og romfartøyene er spesielt utsatt. Det var flere tilfeller av dette tidligere, for eksempel mars 1989 'Quebec Blackout' i Canada forårsaket på grunn av massiv solflamme hadde sterkt skadet strømnettet. Noen satellitter hadde også fått skader. Derfor er det nødvendig å holde øye med forholdene til solvinden i nærheten av jorden – hvordan dens egenskaper som hastighet og tetthet, magnetfelt styrke og orientering, og energiske partikkelnivåer (dvs. plass vær) vil ha innvirkning på livsformer og det moderne menneskelige samfunn.  

Som 'værmelding' kan 'plass vær også spådd? Hva bestemmer solvinden og dens forhold i nærheten av jorden? Kan noen alvorlige endringer i plass vær kjent på forhånd for å ta forebyggende tiltak for å minimere skadelig innvirkning på jorden? Og hvorfor i det hele tatt dannes solvinden?   

Solen er en kule av varm elektrisk ladet gass og har derfor ikke en bestemt overflate. Fotosfærelaget behandles som overflaten til solen fordi det er dette vi kan observere med lys. Lag under fotosfæren innover mot kjernen er ugjennomsiktige for oss. Solatmosfære er laget av lag over fotosfærens overflate av solen. Det er den gjennomsiktige gassformede haloen som omgir solen. Bedre sett fra jorden under den totale solformørkelsen, har solatmosfæren fire lag: kromosfære, solovergangsområde, korona og heliosfære.  

Solvind dannes i korona, det andre laget (utenfra) av solatmosfæren. Corona er et lag med veldig varmt plasma. Mens temperaturen på soloverflaten er ca. 6000K, er gjennomsnittstemperaturen til korona ca. 1-2 millioner K. Kalt 'Coronal Heating Paradox', mekanismen og prosessene for oppvarming av korona og akselerasjon av solvinden til svært høy hastighet og utvidelse til interplanetar plass er ikke godt forstått ennå, ² men i en nylig artikkel har forskere forsøkt å løse dette ved hjelp av aksion (den hypotetiske elementærpartikkelen av mørk materie) opprinnelsesfotoner ³.  

Noen ganger blir enorme mengder varmt plasma kastet ut fra koronaen inn i det ytterste laget av solatmosfæren (heliosfæren). Kalt Coronal Mass Ejections (CMEs), masseutstøting av plasma fra korona er funnet å generere store forstyrrelser i solvindens temperatur, hastighet, tetthet og interplanetar magnetfelt. Disse skaper sterke magnetiske stormer i det geomagnetiske feltet på jorden ⁴. Utbrudd av plasma fra korona innebærer akselerasjon av elektroner og akselerasjon av ladede partikler genererer radiobølger. Som et resultat er Coronal Mass Ejections (CME) også assosiert med utbrudd av radiosignaler fra solen ⁵. Derfor, plass Værstudier vil innebære studier av timing og intensitet av masseutstøting av plasma fra koronaen i forbindelse med de tilknyttede solutbruddene, som er en type IV-radioutbrudd som varer i lang varighet (mer enn 10 minutter).    

Forekomsten av radioutbrudd i de tidligere solsyklusene (den periodiske syklusen til solens magnetfelt hvert 11. år) i forhold til Coronal Mass Ejections (CMEs) har blitt studert tidligere.  

En fersk langsiktig statistisk studie av Anshu Kumari et al. av Helsingfors universitet på radioutbrudd observert i solsyklusen 24, kaster ytterligere lys på assosiasjonen av langvarige, bredere frekvensradioutbrudd (kalt type IV-utbrudd) med CME. Teamet fant at omtrent 81 % av type IV-utbruddene ble fulgt av koronale masseutkast (CME). Omtrent 19 % av type IV-utbrudd ble ikke ledsaget av CME. I tillegg er bare 2.2 % av CME-ene ledsaget av type IV-radioutbrudd ⁶.  

Å forstå tidspunktet for type IV langvarige utbrudd og CME-ene på en inkrementell måte vil hjelpe til med utformingen og timingen av den pågående og fremtidige plass programmer tilsvarende, for å redusere virkningen av disse på slike oppdrag og til slutt på livsformene og sivilisasjonen på jorden. 

***

Referanser:    

1. Hvit SM., nd. Solar Radio Bursts og Rom Vær. University of Maryland. Tilgjengelig online på https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Tilgang 29. Jamaury 2021. 

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

3. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Koronal oppvarmingsproblemløsning ved hjelp av aksionsopprinnelsesfotoner. Physics of the Dark Universe bind 31, januar 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. Koronale masseutkast og forstyrrelser i solvindplasmaparametre i forhold til geomagnetiske stormer. 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 Datasenter NASA. Tilgjengelig online på https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Tilgang 29. januar 2021.  

6. Kumari A., Morosan DE., og Kilpua EKJ., 2021. Om forekomsten av type IV solcelleradioutbrudd i solsyklus 24 og deres assosiasjon med koronale masseutkast. Publisert 11. januar 2021. The Astrophysical Journal, bind 906, nummer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***