Augusti 1972 solstormar

Solstormar i augusti 1972
	"Seahorse flare", en intensiv två-bands solfloss, som utbröt från den aktiva regionen McMath 11976 den 7 augusti 1972 som registrerats av Big Bear Solar Observatory (BBSO)
Typ	Geomagnetisk storm
Bildas	2 augusti 1972
Försvinner	11 augusti 1972
Skada	Satellitslitage och bildfel; detonation av havsminor med magnetiskt inflytande nära Haiphong , Nordvietnam
Strömavbrott	Lokaliserade elnät och telefonlinjeavbrott _
Områden som berörs	Över hela världen
	Del av solcykel 20

Solstormarna i augusti 1972 var en historiskt kraftfull serie av solstormar med intensiv till extrem solutblossning , solpartikelhändelse och geomagnetiska stormkomponenter i början av augusti 1972, under solcykeln 20 . Stormen orsakade omfattande störningar i el- och kommunikationsnätet genom stora delar av Nordamerika såväl som satellitstörningar. Den 4 augusti 1972 orsakade stormen en oavsiktlig detonation av flera amerikanska sjöminor nära Haiphong , norra Vietnam . Coronal mass ejection (CME) transittid från solen till jorden är den snabbaste som någonsin registrerats.

Solar-terrestriska egenskaper

Solfläcksregion

Den mest betydande detekterade solflensaktiviteten inträffade från 2 till 11 augusti. Det mesta av den betydande solaktiviteten härrörde från den aktiva solfläcksregionen McMath 11976 (MR 11976; aktiva regioner är kluster av solfläckspar ). McMath 11976 var utomordentligt magnetiskt komplex. Dess storlek var stor även om det inte var exceptionellt. McMath 11976 producerade 67 solflammor (4 av dessa X-klass ) under tiden den var vänd mot jorden, från 29 juli till 11 augusti. Det producerade också flera relativt sällsynta vita ljusbloss under flera dagar. Samma aktiva område var långlivat. Den höll i sig genom fem solrotationscykler , fick först beteckningen som region 11947 när den var vänd mot jorden, försvann osynlig när den roterade solens bortre sida, återvände sedan jordsidan som region 11976, innan den cyklade som regioner 12007, 12045 och 12088, respektive.

Bloss den 4 augusti

Elektromagnetiska effekter

Blossen den 4 augusti var bland de största sedan registreringarna började. Den mättade röntgensensorn Solrad 9 vid ungefär X5,3 men uppskattades vara i närheten av X20, tröskeln för den mycket sällan nådde R5 på NOAA:s radioblackout rymdväderskala. En radioskur på 76 000 sfu uppmättes vid 1 GHz . Detta var en exceptionellt långvarig flare som genererade röntgenstrålning över bakgrundsnivån i mer än 16 timmar. Sällsynta emissioner i gammastrålningsspektrumet ( $\gamma$ -ray) upptäcktes för första gången, både den 4 och 7 augusti, av Orbiting Solar Observatory ( OSO 7 ). De bredspektrade elektromagnetiska emissionerna från den största flare uppskattas till totalt 1-5 x 10 ³² ergs i frigjord energi.

CMEs

Ankomsttiden för den associerade koronala massutkastningen (CME) och dess koronala moln, 14,6 timmar, är fortfarande den rekordkortaste varaktigheten i februari 2022, vilket indikerar en exceptionellt snabb och vanligtvis en exceptionellt geoeffektiv händelse (normal transittid är två till tre dagar) . En föregående serie av solutbrott och CME:er rensade det interplanetära mediet från partiklar, vilket möjliggjorde en snabb ankomst i en process som liknar solstormen i juli 2012 . Genom att normalisera transittiderna för andra kända extrema händelser till en standard på 1 AU för att ta hänsyn till jordens varierande avstånd från solen under hela året, fann en studie att den ultrasnabba 4 augusti-blossen var en avviker från alla andra händelser, även jämfört med den stora solstormen 1859, den totalt sett mest extrema kända solstormen, som är känd som " Carrington Event" . Detta motsvarar en utmatningshastighet på uppskattningsvis 2 850 km/s (1 770 mi/s).

Solvindhastigheten i närheten av jorden kan också vara rekordstor och beräknas ha överstigit 2 000 km/s (1 200 mi/s). Hastigheten var inte direkt mätbar eftersom instrumenteringen var hög på skalan. Analys av ett Guam- magnetogram indikerade en stötvåg som korsade magnetosfären med 3 080 km/s (1 910 mi/s) och en häpnadsväckande plötslig stormstart (SSC) tid på 62 s. Uppskattad magnetfältstyrka på 73-103 nT och elektrisk fältstyrka på >200 mV/m beräknades till 1 AU.

Solpartikelhändelse

Omanalys baserad på IMP-5 (aka Explorer 41 ) rymdsolobservatoriedata tyder på att >10- MeV jonflöde nådde 70 000 cm−2 s−1 sr−1 vilket förde det nära den ytterst sällan uppnådda NOAA S5 - nivån på solstrålningsskalan. Fluxer vid andra energinivåer, från mjuka till hårda, vid >1 MeV, >30 MeV och >60 MeV, nådde också extrema nivåer, såväl som för >100 MeV. Partikelstormen ledde till en utarmning av det polära stratosfäriska ozonskiktet på norra halvklotet med cirka 46 % på 50 km (31 mi) höjd i flera dagar innan atmosfären återhämtade sig och som fortsatte i 53 dagar på den lägre höjden av 39 km (24 mi).

Den intensiva solvinden och partikelstormen i samband med CME ledde till en av de största minskningarna av kosmisk strålning utanför solsystemet, känd som en Forbush-minskning, som någonsin observerats. Angreppet av solenergipartiklar (SEP) var så kraftigt att Forbush-minskningen faktiskt delvis avtog. SEPs nådde jordens yta och orsakade en marknivåhändelse (GLE).

Geomagnetisk storm

Den 4 augusti blossen och utstötningen orsakade betydande till extrema effekter på jordens magnetosfär, som svarade på ett ovanligt komplext sätt. Störningsstormtidsindexet , vilket bara faller inom den relativt vanliga "intensiva" stormkategorin. Inledningsvis inträffade ett exceptionellt geomagnetiskt svar och en viss extrem stormning inträffade lokalt senare (några av dessa möjligen inom substormar ), men ankomsten av efterföljande CME med nordligt orienterade magnetfält tros ha förskjutit det interplanetära magnetfältet (IMF) från ett initialt söderut till norrut orientering, vilket avsevärt undertryckte geomagnetisk aktivitet eftersom solexplosionen till stor del avleddes bort från snarare än mot jorden. En tidig studie fann ett extraordinärt asymmetriområde på ≈450 nT. En studie från 2006 fann att om en gynnsam IMF-orientering söderut fanns att Dst kan ha överträffat 1 600 nT, jämförbart med 1859 Carrington Event.

Magnetometrar i Boulder, Colorado , Honolulu, Hawaii och på andra ställen gick utanför skalan. Stationer i Indien registrerade geomagnetiska plötsliga impulser (GSI) på 301-486 nT. Uppskattat AE-index nådde en topp på över 3 000 nT och Kp _. nådde 9 med flera timintervall (motsvarande NOAA G5-nivå)

Magnetosfären komprimerades snabbt och väsentligt med magnetopausen reducerad till 4-5 RE _. och plasmapausen (gränsen till plasmasfären , eller nedre magnetosfären) reducerad till 2 RE _eller mindre Detta är en sammandragning av minst hälften och upp till två tredjedelar av magnetosfärens storlek under normala förhållanden, till ett avstånd på mindre än 20 000 km (12 000 mi). Solvindens dynamiska tryck ökade till cirka 100 gånger det normala, baserat på data från Prognoz 1 .

Effekter

Rymdskepp

Astronomer rapporterade först ovanliga flammor den 2 augusti, senare bekräftade av kretsande rymdskepp. Den 3 augusti Pioneer 9 en stötvåg och plötslig ökning av solvindhastigheten från cirka 217–363 mi/s (349–584 km/s). En chockvåg passerade Pioneer 10 , som var 2,2 AU från solen vid den tiden. Den kraftigt förträngda magnetosfären fick många satelliter att korsa utanför jordens skyddande magnetfält , sådana gränsövergångar in i magnetoshärden ledde till oregelbundna väderförhållanden i rymden och potentiellt destruktiva solpartikelbombardement. Intelsat IV F-2 kommunikationssatellit solpaneler kraftgenerering försämrades med 5%, cirka 2 års slitage. Ett strömavbrott i omloppsbanan avslutade uppdraget för en satellit för Defense Satellite Communications System ( DSCS II) . Störningar i försvarets meteorologiska satellitprogram (DMSP) skannerelektronik orsakade onormala ljusprickar i bilderna på södra polarlocket.

Markeffekter och norrsken

Den 4 augusti lyste ett norrsken så ljust att skuggor kastades på Storbritanniens södra kust och kort senare så långt söderut som Bilbao , Spanien på magnetisk latitud 46°. Fram till den 5 augusti fortsatte intensiv geomagnetisk stormning med klar röd (en relativt sällsynt färg förknippad med extrema händelser) och snabbrörliga norrsken som var synliga vid middagstid från mörka områden på södra halvklotet.

Radiofrekvenseffekter (RF) var snabba och intensiva. Blackouts började nästan omedelbart på den solbelysta sidan av jorden på HF och andra sårbara band. Ett nattligt lager E på mitten av latitud utvecklades.

Geomagnetiskt inducerade strömmar (GIC) genererades och orsakade betydande störningar i elnätet i hela Kanada och över stora delar av östra och centrala USA, med starka anomalier rapporterade så långt söderut som Maryland och Ohio , måttliga anomalier i Tennessee och svaga anomalier i Alabama och norr . Texas . Spänningskollapsen på 64 % på sammankopplingen mellan North Dakota och Manitoba skulle ha varit tillräcklig för att orsaka ett systemavbrott om det inträffade under höga exportförhållanden på linjen, vilket skulle ha utlöst ett stort strömavbrott . Många amerikanska företag i dessa regioner rapporterade inga störningar, med närvaron av magmatisk bergart som en misstänkt faktor, såväl som geomagnetisk latitud och skillnader i driftsegenskaper hos respektive elnät. Manitoba Hydro rapporterade att kraften som gick åt andra hållet, från Manitoba till USA, rasade 120 MW inom några minuter. Skyddsreläer aktiverades upprepade gånger i Newfoundland .

Ett avbrott rapporterades längs American Telephone and Telegraph (nu AT&T )s L4-koaxialkabel mellan Illinois och Iowa . Magnetfältsvariationer (dB/dt) på ≈800 nT/min uppskattades lokalt vid den tidpunkten och topphastigheten för förändring av magnetfältsintensiteten nådde >2 200 nT/min i centrala och västra Kanada, även om avbrottet med största sannolikhet orsakades av snabb intensifiering av jonosfärens österutgående elektrojet . AT&T upplevde också en ökning på 60 volt på sin telefonkabel mellan Chicago och Nebraska . Ett inducerat elektriskt fält uppmättes till 7,0 V/km, som överskred tröskeln för avstängning av hög ström. Stormen upptäcktes i områden med låg latitud som Filippinerna och Brasilien, samt i Japan.

Militära operationer

Amerikansk marinmina (vänster) exploderar i Haiphong under US Navy minsvepning (mars 1973)

Det amerikanska flygvapnets Vela- satelliter för detektering av kärndetonationer misstog att en explosion inträffade, men detta hanterades snabbt av personal som övervakade data i realtid.

Den amerikanska flottan drog slutsatsen, som framgår av sekretessbelagda dokument, att den till synes spontana detonationen av dussintals Destructor -magnetiska havsminor (DST) inom cirka 30 sekunder i Hon La-området (magnetisk latitud ≈9°) var högst sannolikt resultatet av en intensiv solstorm. Ett konto hävdar att 4 000 minor detonerades. Det var känt att solstormar orsakade terrestra geomagnetiska störningar men det var ännu okänt för militären om dessa effekter kunde vara tillräckligt intensiva. Det bekräftades som möjligt i ett möte med marinens utredare vid NOAA Space Environment Center (SEC) såväl som av andra anläggningar och experter.

Mänsklig rymdfärd

Även om det inträffade mellan Apollo-uppdragen , har stormen länge rapporterats inom NASA . Apollo 16 återvände till jorden den 27 april 1972, med den efterföljande (och slutligen sista) Apollo- månlandningen planerad att avgå den 7 december samma år. Hade ett uppdrag ägt rum under augusti skulle de inne i Apollo kommandomodul ha varit avskärmade från 90 % av den inkommande strålningen. Denna reducerade dos kunde dock fortfarande ha orsakat akut strålsjuka om astronauterna befann sig utanför jordens skyddande magnetfält, vilket var fallet för mycket av ett månuppdrag. En astronaut som är engagerad i EVA i omloppsbana eller på en månvandring kunde ha upplevt allvarlig strålningsförgiftning eller till och med absorberat en potentiellt dödlig dos. Oavsett plats skulle en astronaut ha drabbats av en ökad risk att drabbas av cancer efter att ha exponerats för den mängden strålning.

Detta var en av endast en handfull solstormar som har inträffat under rymdåldern som kunde orsaka allvarlig sjukdom, och var potentiellt den mest farliga. Hade den mest intensiva solaktiviteten i början av augusti inträffat under ett uppdrag, skulle det ha tvingat besättningen att avbryta flygningen och ta till beredskapsåtgärder, inklusive en nödvändning och landning för medicinsk behandling.

Implikationer för heliofysik och samhälle

Stormen var en viktig händelse inom heliofysik , studien av rymdväder , med många studier publicerade under de närmaste åren och under hela 1970- och 1980-talen, samt ledde till flera inflytelserika interna undersökningar och till betydande politiska förändringar. Nästan femtio år efter faktumet granskades stormen på nytt i en artikel från oktober 2018 som publicerades i American Geophysical Union (AGU) tidskrift Space Weather . De inledande och tidiga studierna såväl som de senare omanalysstudierna var endast möjliga på grund av initiala övervakningsanläggningar installerade under det internationella geofysiska året (IGY) 1957-1958 och efterföljande globalt vetenskapligt samarbete för att upprätthålla datamängderna. De första markdata från markstationer och ballonger kombinerades senare med rymdburna observatorier för att bilda mycket mer fullständig information än vad som tidigare varit möjligt, med denna storm som en av de första allmänt dokumenterade under den då unga rymdåldern. Det övertygade både militären och NASA att ta rymdvädret på allvar och följaktligen ägna resurser åt dess övervakning och studier.

Författarna till 2018 års uppsats jämförde stormen 1972 med den stora stormen 1859 i vissa aspekter av intensitet. De hävdar att det var en storm av Carrington-klassen. Andra forskare drar slutsatsen att händelsen 1972 kunde ha varit jämförbar med 1859 för geomagnetisk stormning om magnetfältets orienteringsparametrar var gynnsamma, eller som en "misslyckad storm av Carrington-typ" baserat på relaterade överväganden, vilket också är upptäckten av en 2013 Royal Academy of Teknisk rapport.

Se även

Vidare läsning

Lincoln, J. Virginia; Hope I. Leighton (1972). World Data Center A for Solar-Terrestrial Physics: Preliminär sammanställning av data för retrospektiv av världsintervall 26 juli–14 augusti 1972 . Rapport UAG 21. Boulder, CO: NOAA.
Coffey, HE, red. (1973). Samlade datarapporter om augusti 1972 Solar-Terrestrial Events . Rapportera UAG‐28. Boulder, CO: NOAA.

externa länkar

Video av sjöhästblossen den 7 augusti 1972 inspelad vid Big Bear Solar Observatory ( NASA)
Letzter, Rafi (14 november 2018). "En solstorm detonerade amerikanska flottans minor under Vietnamkriget" . Scientific American .