Solcykeln
Solens kretslopp , även känd som den solmagnetiska aktivitetscykeln , solfläckscykeln eller Schwabe-cykeln , är en nästan periodisk 11-årig förändring av solens aktivitet mätt i termer av variationer i antalet observerade solfläckar på solens yta . Under en solcykels period uppvisar nivåer av solstrålning och utstötning av solmaterial, antalet och storleken av solfläckar , solfläckar och koronala slingor alla en synkroniserad fluktuation från en period med minimal aktivitet till en period med maximal aktivitet tillbaka till en period av minimal aktivitet.
Solens magnetfält vänder under varje solcykel, och vändningen sker när solcykeln är nära sitt maximum. Efter två solcykler återgår solens magnetfält till sitt ursprungliga tillstånd och avslutar det som kallas en Hale-cykel .
Denna cykel har observerats i århundraden av förändringar i solens utseende och av terrestra fenomen som norrsken men identifierades inte tydligt förrän 1843. Solaktivitet, driven av både solcykeln och övergående aperiodiska processer, styr miljön i det interplanetära rummet genom att skapa rymdväder och påverkande rymd- och markbaserad teknik samt jordens atmosfär och även möjligen klimatfluktuationer på skalor från århundraden och längre.
Att förstå och förutsäga solcykeln är fortfarande en av de stora utmaningarna inom astrofysik med stora konsekvenser för rymdvetenskapen och förståelsen av magnetohydrodynamiska fenomen på andra håll i universum.
Definition
Solcykler har en genomsnittlig varaktighet på cirka 11 år. Solar maximum och sol minimum hänvisar till perioder med maximala och minimala solfläckar. Cykler sträcker sig från ett minimum till nästa.
Observationshistoria
Idén om en cyklisk solcykel antogs först av Christian Horrebow baserat på hans regelbundna observationer av solfläckar som gjordes mellan 1761 och 1776 från Rundetaarn -observatoriet i Köpenhamn , Danmark . År 1775 noterade Horrebow hur "det verkar som om solens uppkomst efter ett visst antal år upprepar sig med avseende på antalet och storleken på fläckarna". Solcykeln skulle dock inte identifieras tydligt förrän 1843 när Samuel Heinrich Schwabe märkte en periodisk variation i det genomsnittliga antalet solfläckar efter 17 års solobservationer. Schwabe fortsatte att observera solfläckscykeln i ytterligare 23 år, fram till 1867. År 1852 Rudolf Wolf att den första numrerade solcykeln skulle ha startat i februari 1755 baserat på Schwabes och andra observationer. Wolf skapade också ett standardnummer för solfläckar, Wolf number , som fortsätter att användas idag.
Mellan 1645 och 1715 observerades och registrerades mycket få solfläckar. Detta noterades först av Gustav Spörer och fick senare namnet Maunderminimum efter hustru-och-make-teamet Annie SD Maunder och Edward Walter Maunder som utförligt undersökte detta säregna intervall.
Under andra hälften av artonhundratalet noterade Richard Carrington och Spörer oberoende fenomenet med solfläckar som uppträdde på olika heliografiska breddgrader i olika delar av cykeln. (Se Spörers lag .) Alfred Harrison Joy skulle senare beskriva hur magnituden med vilken solfläckarna "lutar" - med den eller de ledande fläckarna närmare ekvatorn än de bakre fläckarna - växer med dessa regioners latitud . (Se Joys lag .)
Cykelns fysiska grund klargjordes av George Ellery Hale och medarbetare, som 1908 visade att solfläckar var starkt magnetiserade (den första upptäckten av magnetfält bortom jorden). 1919 identifierade de ett antal mönster som tillsammans skulle bli kända som Hales lag :
- I samma heliografiska halvklot tenderar bipolära aktiva regioner att ha samma ledande polaritet.
- På det motsatta halvklotet, dvs tvärs över ekvatorn, tenderar dessa områden att ha motsatt ledande polaritet.
- Ledande polariteter i båda hemisfärerna vänder från en solfläckscykel till nästa.
Hales observationer avslöjade att den kompletta magnetiska cykeln – som senare skulle kallas en Hale-cykel – sträcker sig över två solcykler, eller 22 år, innan den återgår till sitt ursprungliga tillstånd (inklusive polaritet). Eftersom nästan alla manifestationer är okänsliga för polaritet, förblir den 11-åriga solcykeln i fokus för forskningen; dock är de två halvorna av Hale-cykeln vanligtvis inte identiska: 11-årscyklerna växlar vanligtvis mellan högre och lägre summor av Wolfs solfläcksnummer (Gnevyshev- Ohl-regeln) .
1961 fastställde far-och-son-teamet av Harold och Horace Babcock att solcykeln är en spatiotemporal magnetisk process som utspelar sig över solen som helhet. De observerade att solytan magnetiseras utanför solfläckar, att detta (svagare) magnetiska fält först ska beställa en dipol och att denna dipol genomgår polaritetsomkastningar med samma period som solfläckscykeln. Horaces Babcock-modell beskrev solens oscillerande magnetfält som att ha en kvasi-stadig periodicitet på 22 år. Den täckte det oscillerande energiutbytet mellan toroidala och poloidala solmagnetiska fältkomponenter.
Cykel historia
Antalet solfläckar under de senaste 11 400 åren har rekonstruerats med hjälp av kol-14 isotopförhållanden. Nivån av solaktivitet som började på 1940-talet är exceptionell - den sista perioden av liknande storlek inträffade för cirka 9 000 år sedan (under den varma boreala perioden ). Solen hade en liknande hög magnetisk aktivitet under endast ~10% av de senaste 11 400 åren. Nästan alla tidigare högaktivitetsperioder var kortare än det nuvarande avsnittet. Fossila uppgifter tyder på att solcykeln har varit stabil under åtminstone de senaste 700 miljoner åren. uppskattas cykellängden under tidig perm till 10,62 år och på liknande sätt i neoproterozoikum .
| Händelse | Start | Slutet |
|---|---|---|
| Homeriskt minimum | 750 f.Kr | 550 f.Kr |
| Oort minimum | 1040 e.Kr | 1080 e.Kr |
| Medeltida maximum | 1100 | 1250 |
| Wolf minimum | 1280 | 1350 |
| Spörer Minimum | 1450 | 1550 |
| Maunder Minimum | 1645 | 1715 |
| Dalton minimum | 1790 | 1820 |
| Modernt Maximum | 1933 | 2008 |
Fram till 2009 trodde man att 28 cykler hade sträckt sig över de 309 åren mellan 1699 och 2008, vilket gav en genomsnittlig längd på 11,04 år, men forskning visade då att den längsta av dessa (1784–1799) faktiskt kan ha varit två cykler. Om så är fallet skulle den genomsnittliga längden bara vara cirka 10,7 år. Sedan observationerna började har cykler så korta som 9 år och så långa som 14 år observerats, och om cykeln 1784–1799 är dubbel så måste en av de två komponentcyklerna vara kortare än 8 år. Betydande amplitudvariationer förekommer också.
Det finns flera listor över föreslagna historiska "stora minima" för solaktivitet.
Senaste cyklerna
Cykel 25
Solcykel 25 började i december 2019. Flera förutsägelser har gjorts för solcykel 25 baserat på olika metoder, allt från mycket svag till stark magnitud. En fysikbaserad förutsägelse som förlitar sig på de datadrivna soldynamo- och solytflödestransportmodellerna av Bhowmik och Nandy (2018) tycks ha förutspått styrkan av solpolarfältet vid nuvarande minima korrekt och förutsäger en svag men inte obetydlig solenergi. cykel 25 liknar eller något starkare än cykel 24. Noterbart utesluter de möjligheten att solen faller in i ett Maunder-minimumliknande (inaktivt) tillstånd under det kommande decenniet. En preliminär konsensus från en solcykel 25-prediktionspanel gjordes i början av 2019. Panelen, som organiserades av NOAA:s Space Weather Prediction Center (SWPC) och NASA , baserat på de publicerade solcykel 25-förutsägelserna, drog slutsatsen att solcykel 25 kommer att vara mycket lik solcykel 24. De räknar med att solcykelns minimum före cykel 25 kommer att vara långt och djupt, precis som det minimum som föregick cykel 24. De förväntar sig solmaximum att inträffa mellan 2023 och 2026 med ett solfläcksområde på 95 till 130 , givet i termer av det reviderade solfläcksnumret.
Cykel 24
Solcykel 24 började den 4 januari 2008, med minimal aktivitet fram till början av 2010. Cykeln presenterade ett "dubbeltoppat" solmaximum . Den första toppen nådde 99 2011 och den andra i början av 2014 vid 101. Cykel 24 avslutades i december 2019 efter 11,0 år.
Cykel 23
Solcykel 23 varade i 11,6 år, med början i maj 1996 och slutade i januari 2008. Det maximala antalet utjämnade solfläckar (månatligt antal solfläckar i genomsnitt över en tolvmånadersperiod) som observerades under solcykeln var 120,8 (mars 2000), och det lägsta antalet solfläckar under en tolvmånadersperiod. var 1,7. Totalt 805 dagar hade inga solfläckar under denna cykel.
Fenomen
Eftersom solcykeln reflekterar magnetisk aktivitet följer olika magnetiskt drivna solfenomen solcykeln, inklusive solfläckar, faculae/plage, nätverk och koronala massutkastningar.
Solfläckar
Solens skenbara yta, fotosfären, strålar mer aktivt när det finns fler solfläckar. Satellitövervakning av solens ljusstyrka avslöjade ett direkt samband mellan solcykeln och ljusstyrkan med en topp-till-topp-amplitud på cirka 0,1 %. Ljusstyrkan minskar med så mycket som 0,3 % på en 10-dagars tidsskala när stora grupper av solfläckar roterar över jordens vy och ökar med så mycket som 0,05 % i upp till 6 månader på grund av faculae associerade med stora solfläcksgrupper .
Den bästa informationen idag kommer från SOHO (ett samarbetsprojekt mellan Europeiska rymdorganisationen och NASA ), såsom MDI- magnetogrammet , där solens "ytmagnetiska" magnetfält kan ses.
När varje cykel börjar, dyker solfläckar upp på medelbreddgrader och rör sig sedan närmare och närmare ekvatorn tills ett solminimum har nåtts. Detta mönster visualiseras bäst i form av det så kallade fjärilsdiagrammet. Bilder av solen är uppdelade i latitudinella remsor, och den månatliga genomsnittliga fraktionella ytan av solfläckar beräknas. Detta plottas vertikalt som en färgkodad stapel, och processen upprepas månad efter månad för att producera detta tidsseriediagram.
Medan magnetfältsförändringar är koncentrerade till solfläckar, genomgår hela solen analoga förändringar, om än av mindre storlek.
Faculae och plage
Faculae är ljusa magnetiska drag på fotosfären. De sträcker sig in i kromosfären, där de kallas plage. Utvecklingen av plageområden spåras vanligtvis från solobservationer i Ca II K-linjen (393,37 nm). Mängden facula och plagearea varierar i fas med solcykeln, och de är rikligare än solfläckar med ungefär en storleksordning. De uppvisar ett icke linjärt förhållande till solfläckar. Plage regioner område också associerat med starka magnetiska fält i solytan.
Solutbrott och koronala massutkastningar
Solens magnetfält strukturerar koronan, vilket ger den dess karaktäristiska form som är synlig vid tider av solförmörkelser. Komplexa koronala magnetfältsstrukturer utvecklas som svar på vätskerörelser vid solytan och uppkomsten av magnetiskt flöde som produceras av dynamoverkan i solens inre. Av skäl som ännu inte har förståtts i detalj förlorar dessa strukturer ibland stabilitet, vilket leder till solutbrott och koronala massutstötningar ( CME). Flares består av ett plötsligt utsläpp av energi (främst vid ultravioletta och röntgenvåglängder ), som kan eller inte kan åtföljas av en koronal massutstötning, som består av injektion av energiska partiklar (främst joniserat väte) i det interplanetära rummet. Flares och CME orsakas av plötslig lokaliserad frisättning av magnetisk energi, som driver utsläpp av ultraviolett och röntgenstrålning samt energiska partiklar. Dessa eruptiva fenomen kan ha en betydande inverkan på jordens övre atmosfär och rymdmiljö och är de primära drivkrafterna för det som nu kallas rymdväder . Följaktligen visar förekomsten av både geomagnetiska stormar och solenergipartikelhändelser en kraftig solcykelvariation, som når en topp nära solfläcksmaximum.
Förekomstfrekvensen av koronala massutkastningar och flares är starkt modulerad av cykeln. Larm av vilken storlek som helst är cirka 50 gånger vanligare vid solmaximum än vid minimum. Stora koronala massutkastningar sker i genomsnitt några gånger om dagen vid solmax, ner till en varannan dag vid solminimum. Storleken på dessa händelser i sig beror inte känsligt på fasen av solcykeln. Ett exempel på detta är de tre stora flammorna av X-klassen som inträffade i december 2006, mycket nära solminimum; en X9.0 flare den 5 december står som en av de ljusaste som någonsin gjorts.
Mönster
Tillsammans med den cirka 11-åriga solfläckscykeln har ett antal ytterligare mönster och cykler antagits.
Waldmeier effekt
Waldmeiereffekten beskriver observationen att solcyklernas maximala amplituder är omvänt proportionella mot tiden mellan deras solminima och maxima . Därför tenderar cykler med större maximala amplituder att ta kortare tid att nå sina maxima än cykler med mindre amplituder. Denna effekt fick sitt namn efter Max Waldmeier som först beskrev den.
Gnevyshev–Ohl regel
Gnevyshev-Ohl-regeln beskriver tendensen för summan av vargtalet över en udda solcykel att överstiga den föregående jämna cykeln.
Gleissberg cykel
Gleissbergcykeln beskriver en amplitudmodulering av solcykler med en period på cirka 70–100 år, eller sju eller åtta solcykler . Den fick sitt namn efter Wolfgang Gleißberg.
Tillhörande hundraåriga variationer i magnetfält i korona och heliosfären har upptäckts med hjälp av kol-14 och beryllium-10 kosmogena isotoper lagrade i terrestra reservoarer som inlandsisar och trädringar och genom att använda historiska observationer av geomagnetisk stormaktivitet , som överbryggar tidsgapet mellan slutet av användbara kosmogena isotopdata och starten av moderna satellitdata.
Dessa variationer har framgångsrikt reproducerats med hjälp av modeller som använder magnetiska flödesekvationer och observerade solfläckstal för att kvantifiera uppkomsten av magnetiskt flöde från toppen av solatmosfären och in i heliosfären, vilket visar att solfläcksobservationer, geomagnetisk aktivitet och kosmogena isotoper erbjuder en konvergent förståelse av solaktivitetsvariationer.
Suess cykel
Suess -cykeln , eller de Vries-cykeln , är en cykel som finns i radiokolväten för solaktivitet med en period på cirka 210 år. Den fick sitt namn efter Hans Eduard Suess och Hessel de Vries . Trots att beräknade radioisotopproduktionshastigheter är väl korrelerade med 400-åriga solfläcksrekordet, finns det få bevis för Suess-cykeln i 400-åriga solfläcksrekordet i sig.
Andra hypotesiska cykler
Periodicitet för solaktivitet med perioder längre än solcykeln på cirka 11 (22) år har föreslagits, inklusive:
- Hallstatt-cykeln (uppkallad efter en sval och våt period i Europa när glaciärer avancerade ) antas sträcka sig i cirka 2 400 år.
- I studier av kol-14- förhållanden har cykler på 105, 131, 232, 385, 504, 805 och 2 241 år föreslagits, möjligen matchande cykler härledda från andra källor. Damon och Sonett föreslog kol 14-baserade medel- och kortsiktiga variationer av perioder 208 och 88 år; samt föreslår en 2300-årig radiokolperiod som modulerar 208-årsperioden.
- Brückner-Egeson-Lockyer cykel (30 till 40 års cykler)
Effekter
Sol
Ytmagnetism
Solfläckar förfaller så småningom och frigör magnetiskt flöde i fotosfären. Detta flöde sprids och strömmas av turbulent konvektion och storskaliga solflöden. Dessa transportmekanismer leder till ackumulering av magnetiserade sönderfallsprodukter på höga solbreddgrader, vilket så småningom vänder polariteten hos de polära fälten (lägg märke till hur de blå och gula fälten vänder i Hathaway/NASA/MSFC-grafen ovan).
Den dipolära komponenten i solmagnetfältet vänder polariteten runt tiden för solmaximum och når toppstyrka vid solminimum.
Plats
Rymdskepp
CMEs ( coronal mass ejections ) producerar ett strålningsflöde av högenergiprotoner, ibland kända som sol-kosmiska strålar. Dessa kan orsaka strålskador på elektronik och solceller i satelliter . Solar proton-händelser kan också orsaka single-event upset (SEU)-händelser på elektronik; samtidigt minskar det minskade flödet av galaktisk kosmisk strålning under solmaximum partikelflödets högenergikomponent.
CME-strålning är farlig för astronauter på ett rymduppdrag som befinner sig utanför den avskärmning som produceras av jordens magnetfält . Framtida uppdragsdesigner ( t.ex. för ett Mars-uppdrag ) inkluderar därför ett strålningsskyddat "stormskydd" för astronauter att dra sig tillbaka till under en sådan händelse.
Gleißberg utvecklade en CME-prognosmetod som bygger på på varandra följande cykler.
Den ökade instrålningen under solmaximum expanderar höljet av jordens atmosfär, vilket gör att rymdskräp i låg omloppsbana kommer in igen snabbare.
Galaktiskt flöde av kosmisk strålning
Den utåtriktade expansionen av solutkast till interplanetariskt rymden ger överdensiteter av plasma som är effektiva för att sprida högenergi kosmiska strålar som kommer in i solsystemet från någon annanstans i galaxen. Frekvensen av solutbrottshändelser moduleras av cykeln, vilket ändrar graden av kosmisk strålspridning i det yttre solsystemet i enlighet därmed. Som en konsekvens är det kosmiska strålflödet i det inre solsystemet anti-relaterat med den totala nivån av solaktivitet. Denna antirelation detekteras tydligt i kosmiska strålflödesmätningar på jordens yta.
Vissa kosmiska högenergistrålar som kommer in i jordens atmosfär kolliderar tillräckligt hårt med molekylära atmosfäriska beståndsdelar att de ibland orsakar kärnspallationsreaktioner . Fissionsprodukter inkluderar radionuklider som 14 C och 10 Be som sätter sig på jordens yta. Deras koncentration kan mätas i trädstammar eller iskärnor, vilket möjliggör en rekonstruktion av solaktivitetsnivåer till det avlägsna förflutna. Sådana rekonstruktioner indikerar att den totala nivån av solaktivitet sedan mitten av 1900-talet är bland de högsta av de senaste 10 000 åren, och att epoker av undertryckt aktivitet, av varierande varaktighet, har inträffat upprepade gånger under den tidsperioden.
Atmosfärisk
Solinstrålning
Den totala solinstrålningen (TSI) är mängden solstrålningsenergi som faller in på jordens övre atmosfär. TSI-variationer var omöjliga att upptäcka tills satellitobservationer började i slutet av 1978. En serie radiometrar lanserades på satelliter sedan 1970-talet. TSI-mätningarna varierade från 1355 till 1375 W/m 2 över mer än tio satelliter. En av satelliterna, ACRIMSAT, lanserades av ACRIM-gruppen. Det kontroversiella "ACRIM-gapet" 1989–1991 mellan icke-överlappande ACRIM-satelliter interpolerades av ACRIM-gruppen till en sammansättning som visade en ökning på +0,037 %/decennium. En annan serie baserad på ACRIM-data produceras av PMOD-gruppen och visar en nedåtgående trend på -0,008 %/decennium. Denna skillnad på 0,045 %/decennium kan påverka klimatmodeller. Rekonstruerad total solinstrålning med modeller gynnar dock PMOD-serien, vilket förenar ACRIM-gap-frågan.
Solinstrålningen varierar systematiskt över cykeln, både i total instrålning och i dess relativa komponenter (UV vs synlig och andra frekvenser). Solens ljusstyrka är uppskattningsvis 0,07 procent starkare under solmaximum i mitten av cykeln än det terminala solminimum. Fotosfärisk magnetism verkar vara den primära orsaken (96 %) till TSI-variationerna 1996–2013. Förhållandet mellan ultraviolett och synligt ljus varierar.
TSI varierar i fas med solens magnetiska aktivitetscykel med en amplitud på cirka 0,1 % runt ett medelvärde på cirka 1361,5 W/m 2 (" solkonstanten "). Variationer om medelvärdet på upp till -0,3 % orsakas av stora solfläcksgrupper och av +0,05 % av stora faculae och det ljusa nätverket på en 7-10-dagars tidsskala (se TSI variationsgrafik). TSI-variationer från satellittiden visar små men detekterbara trender.
TSI är högre vid solmax, även om solfläckar är mörkare (svalare) än den genomsnittliga fotosfären. Detta orsakas av andra magnetiserade strukturer än solfläckar under solmaxima, såsom faculae och aktiva element i det "ljusa" nätverket, som är ljusare (hetare) än den genomsnittliga fotosfären. De överkompenserar kollektivt för det instrålningsunderskott som är förknippat med de kallare, men mindre många solfläckarna. Den primära drivkraften för TSD-ändringar på solrotations- och solcykeltidsskalor är den varierande fotosfäriska täckningen av dessa strålningsaktiva solmagnetiska strukturer.
Energiförändringar i UV-strålning involverade i produktion och förlust av ozon har atmosfäriska effekter. Atmosfärstrycknivån på 30 hPa ändrade höjd i fas med solaktiviteten under solcyklerna 20–23. Ökningen av UV-bestrålningen orsakade högre ozonproduktion, vilket ledde till stratosfärisk uppvärmning och till polförskjutningar i stratosfärens och troposfäriska vindsystemen.
Kortvågig strålning
Med en temperatur på 5870 K avger fotosfären en del av strålningen i den extrema ultravioletta (EUV) och uppåt. Men hetare övre lager av solens atmosfär ( kromosfär och korona ) avger mer kortvågig strålning. Eftersom den övre atmosfären inte är homogen och innehåller betydande magnetisk struktur, varierar solens ultravioletta (UV), EUV och röntgenflödet markant över cykeln.
Fotomontaget till vänster illustrerar denna variation för mjuk röntgen , som observerats av den japanska satelliten Yohkoh från efter 30 augusti 1991, vid toppen av cykel 22, till 6 september 2001, vid toppen av cykel 23. Liknande cykelrelaterade variationer observeras i flödet av solenergi UV- eller EUV-strålning, som observerats till exempel av SOHO- eller TRACE -satelliterna.
Även om den bara står för en liten bråkdel av den totala solstrålningen, är effekten av solstrålning UV, EUV och röntgenstrålning på jordens övre atmosfär djupgående. Solens UV-flöde är en viktig drivkraft för stratosfärskemin , och ökningar av joniserande strålning påverkar avsevärt jonosfärpåverkad temperatur och elektrisk ledningsförmåga .
Solar radioflöde
Emission från solen vid centimetrisk (radio) våglängd beror främst på koronal plasma som fångas i magnetfälten som ligger över aktiva områden. F10.7-indexet är ett mått på solradioflödet per frekvensenhet vid en våglängd på 10,7 cm, nära toppen av den observerade solradioemissionen. F10.7 uttrycks ofta i SFU eller solfluxenheter (1 SFU = 10 −22 W m −2 Hz −1 ). Det representerar ett mått på diffus, icke-strålande koronal plasmauppvärmning. Det är en utmärkt indikator på övergripande solaktivitetsnivåer och korrelerar väl med solens UV-utsläpp.
Solfläcksaktivitet har en stor effekt på långdistansradiokommunikation, särskilt på kortvågsbanden även om medelvågor och låga VHF -frekvenser också påverkas. Höga nivåer av solfläcksaktivitet leder till förbättrad signalutbredning på högre frekvensband, även om de också ökar nivåerna av solbrus och jonosfäriska störningar. Dessa effekter orsakas av påverkan av den ökade nivån av solstrålning på jonosfären .
10,7 cm solflöde kan störa mark-till-punkt-kommunikation.
Moln
Spekulationer om effekterna av förändringar i kosmisk strålning under cykeln inkluderar potentiellt:
- Förändringar i jonisering påverkar aerosolmängden som fungerar som kondensationskärnan för molnbildning. Under solminima når fler kosmiska strålar jorden, vilket potentiellt skapar ultrasmå aerosolpartiklar som föregångare till molnkondensationskärnor . Moln som bildas från större mängder kondensationskärnor är ljusare, har längre livslängd och kommer sannolikt att producera mindre nederbörd.
- En förändring av kosmiska strålar kan orsaka en ökning av vissa typer av moln, vilket påverkar jordens albedo . [ citat behövs ]
- Det föreslogs att, särskilt på höga breddgrader , kan kosmisk strålningsvariation påverka det terrestra molntäcket på låg höjd (till skillnad från en brist på korrelation med höghöjdsmoln), delvis påverkad av det soldrivna interplanetära magnetfältet (liksom passage genom galaktiken armar över längre tidsramar), men denna hypotes bekräftades inte.
Senare artiklar visade att produktion av moln via kosmisk strålning inte kunde förklaras av kärnbildande partiklar. Acceleratorresultaten gav inte tillräckligt med och tillräckligt stora partiklar för att resultera i molnbildning; detta inkluderar observationer efter en stor solstorm. Observationer efter Tjernobyl visar inga inducerade moln.
Markbundna
Organismer
Solcykelns inverkan på levande organismer har undersökts (se kronobiologi ). Vissa forskare hävdar att de har hittat samband med människors hälsa.
Mängden ultraviolett UVB-ljus vid 300 nm som når jordens yta varierar med några få procent under solcykeln på grund av variationer i det skyddande ozonskiktet . I stratosfären regenereras ozon kontinuerligt genom splittring av O 2 -molekyler med ultraviolett ljus. Under ett solminimum leder minskningen av ultraviolett ljus som tas emot från solen till en minskning av koncentrationen av ozon, vilket gör att ökad UVB når jordens yta.
Radiokommunikation
Skywave-lägen för radiokommunikation fungerar genom att böja ( bryta ) radiovågor ( elektromagnetisk strålning) genom jonosfären . Under "topparna" av solcykeln blir jonosfären alltmer joniserad av solfotoner och kosmiska strålar . Detta påverkar utbredningen av radiovågen på komplexa sätt som antingen kan underlätta eller hindra kommunikation. Prognoser för skywave - lägen är av stort intresse för kommersiell marin- och flygkommunikation , amatörradiooperatörer och kortvågssändare . Dessa användare ockuperar frekvenser inom högfrekvens- eller "HF"-radiospektrumet som är mest påverkade av dessa sol- och jonosfäriska varianser. Förändringar i soleffekten påverkar den maximala användbara frekvensen , en gräns för den högsta frekvensen som kan användas för kommunikation.
Klimat
Både långsiktiga och kortsiktiga variationer i solaktiviteten föreslås potentiellt påverka det globala klimatet, men det har visat sig vara utmanande att visa någon koppling mellan solvariation och klimat.
Tidig forskning försökte korrelera väder med begränsad framgång, följt av försök att korrelera solaktivitet med global temperatur. Cykeln påverkar också det regionala klimatet. Mätningar från SORCE:s Spectral Irradiance Monitor visar att solens UV-variabilitet ger till exempel kallare vintrar i USA och norra Europa och varmare vintrar i Kanada och södra Europa under solminima.
Tre föreslagna mekanismer förmedlar solvariationers klimatpåverkan:
- Total solinstrålning (" Radiative forcing ").
- Ultraviolett bestrålning. UV-komponenten varierar mer än den totala, så om UV av någon (ännu okänd) anledning skulle ha en oproportionerlig effekt kan detta påverka klimatet.
- Solvindsmedierade galaktiska kosmiska strålar , som kan påverka molntäcket.
Solcykelvariationen på 0,1 % har små men detekterbara effekter på jordens klimat. Camp och Tung föreslår att solinstrålningen korrelerar med en variation på 0,18 K ±0,08 K (0,32 °F ±0,14 °F) i uppmätt genomsnittlig global temperatur mellan solmaximum och minimum.
Andra effekter inkluderar en studie som fann ett samband med vetepriserna och en annan som fann ett svagt samband med vattenflödet i Paranáfloden . Elvaåriga cykler har hittats i trädringtjocklekar och lager på botten av en sjö för hundratals miljoner år sedan.
Den nuvarande vetenskapliga konsensusen, mer specifikt IPCC:s, är att solvariationer bara spelar en marginell roll för att driva på globala klimatförändringar, eftersom den uppmätta omfattningen av den senaste solvariationen är mycket mindre än kraften till följd av växthusgaser. Dessutom var den genomsnittliga solaktiviteten under 2010-talet inte högre än på 1950-talet (se ovan), medan den genomsnittliga globala temperaturen hade stigit markant under den perioden. Annars är förståelsen för soleffekter på vädret låg.
Solvariationer påverkar också omloppssönderfallet av objekt i låg jordomloppsbana (LEO) genom att ändra densiteten i den övre termosfären .
Solar dynamo
Den 11-åriga solcykeln tros vara hälften av en 22-årig Babcock–Leighton soldynamocykel , vilket motsvarar ett oscillerande energiutbyte mellan toroidala och poloidala solmagnetiska fält som förmedlas av solplasmaflöden som också ger energi till dynamosystemet vid varje steg. Vid solcykelmaximum är det externa poloidala dipolära magnetfältet nära sin minimumstyrka i dynamocykeln, men ett inre toroidalt fyrpolärt fält, som genereras genom differentiell rotation inom tachoklinen, är nära sin maximala styrka. Vid denna tidpunkt i dynamocykeln tvingar flytande uppströmning inom konvektionszonen framkomsten av det toroidala magnetfältet genom fotosfären, vilket ger upphov till par av solfläckar, ungefär i linje öst–väst med motsatta magnetiska polariteter. Den magnetiska polariteten hos solfläckspar alternerar varje solcykel, ett fenomen som beskrivs av Hales lag .
Under solcykelns avtagande fas skiftar energi från det inre toroidformade magnetfältet till det externa poloidfältet och solfläckarna minskar i antal. Vid solminimum har toroidfältet på motsvarande sätt minimal styrka, solfläckar är relativt sällsynta och poloidfältet har maximal styrka. Under nästa cykel omvandlar differentiell rotation magnetisk energi tillbaka från det poloidala till det toroidala fältet, med en polaritet som är motsatt den föregående cykeln. Processen pågår kontinuerligt och i ett idealiserat, förenklat scenario motsvarar varje 11-årig solfläckscykel en förändring i polariteten hos solens storskaliga magnetfält.
Soldynamomodeller indikerar att plasmaflödestransportprocesser i solens inre såsom differentiell rotation, meridional cirkulation och turbulent pumpning spelar en viktig roll i återvinningen av de toroidformade och poloidala komponenterna i solmagnetfältet (Hazra och Nandy 2016 ) . De relativa styrkorna hos dessa flödestransportprocesser bestämmer också "minnet" av solcykeln som spelar en viktig roll i fysikbaserade förutsägelser av solcykeln. Yeates, Nandy och Mackay (2008) och Karak och Nandy (2012) använde i synnerhet stokastiskt framtvingade icke-linjära soldynamosimuleringar för att fastställa att solcykelminnet är kort, varar över en cykel, vilket innebär att exakta förutsägelser endast är möjliga. för nästa solcykel och inte längre. Detta postulat om ett kort en cykelminne i soldynamomekanismen verifierades senare observationsmässigt av Muñoz-Jaramillo et al. (2013) .
Även om tachoklinen länge har ansetts vara nyckeln till att generera solens storskaliga magnetfält, har nyare forskning ifrågasatt detta antagande. Radioobservationer av bruna dvärgar har indikerat att de också upprätthåller storskaliga magnetfält och kan visa cykler av magnetisk aktivitet. Solen har en strålande kärna omgiven av ett konvektivt hölje, och vid gränsen mellan dessa två är tachoklinen . Bruna dvärgar saknar dock strålningskärnor och tachokliner. Deras struktur består av ett solliknande konvektivt hölje som existerar från kärna till yta. Eftersom de saknar en tachoklin men ändå uppvisar solliknande magnetisk aktivitet, har det föreslagits att solens magnetiska aktivitet endast genereras i det konvektiva höljet.
Spekulerade inflytande från planeterna
Det har länge teoretiserats [ av vem? ] att planeterna kan ha ett inflytande på solcykeln, med många spekulativa artiklar publicerade. [ när? ] Till exempel föreslog en tidning från 2012 att vridmomentet som planeterna utövar på ett icke-sfäriskt tachoklinskikt djupt i solen kan synkronisera soldynamon. Men deras resultat visade sig vara en artefakt av den felaktigt applicerade utjämningsmetoden som ledde till aliasing . Ytterligare modeller som inbegriper inverkan av planetariska krafter på solen har sedan dess föreslagits. Emellertid är solvariabiliteten känd för att vara i huvudsak stokastisk och oförutsägbar bortom en solcykel, vilket motsäger idén om det deterministiska planetariska inflytandet på soldynamon. Dessutom kan moderna dynamomodeller reproducera solcykeln utan någon planetarisk påverkan. Följaktligen anses det planetariska inflytandet på soldynamon vara marginellt och strider mot Occams rakknivsprinciper . [ citat behövs ]
publicerades den bästsäljande boken Jupitereffekten baserad på idén att planeternas inriktning skulle förändra solens solvind och i sin tur jordens väder. Boken förutspådde ett antal katastrofala händelser, som alla misslyckades.
Se även
Allmänna referenser
- Hathaway, David (2015). "Solcykeln" . Levande recensioner i solfysik . 12 (1): 4. arXiv : 1502.07020 . Bibcode : 2015LRSP...12....4H . doi : 10.1007/lrsp-2015-4 . PMC 4841188 . PMID 27194958 .
- Usoskin, Ilya (2017). "En historia av solaktivitet under årtusenden". Levande recensioner i solfysik . 14 (1): 3. arXiv : 0810.3972 . Bibcode : 2017LRSP...14....3U . doi : 10.1007/s41116-017-0006-9 . S2CID 195340740 .
- Willson, Richard C.; HS Hudson (1991). "Solens ljusstyrka över en komplett solcykel". Naturen . 351 (6321): 42–4. Bibcode : 1991Natur.351...42W . doi : 10.1038/351042a0 . S2CID 4273483 .
- Foukal, Peter; et al. (1977). "Effekterna av solfläckar och faculae på solkonstanten". Astrofysisk tidskrift . 215 : 952. Bibcode : 1977ApJ...215..952F . doi : 10.1086/155431 .
- Dziembowski, WA; PR Goode; J. Schou (2001). "Skrymper solen med ökande magnetisk aktivitet?". Astrofysisk tidskrift . 553 (2): 897–904. arXiv : astro-ph/0101473 . Bibcode : 2001ApJ...553..897D . doi : 10.1086/320976 . S2CID 18375710 .
- Stetson, HT (1937). Solfläckar och deras effekter . New York: McGraw Hill.
- Yaskell, Steven Haywood (31 december 2012). Grand Phases On The Sun: Fallet för en mekanism som ansvarar för utökade solminima och maxima . Trafford Publishing. ISBN 978-1-4669-6300-9 .
externa länkar
- NOAA / NESDIS / NGDC (2002) Solvariabilitet som påverkar jorden NOAA CD-ROM NGDC-05/01. Denna CD-ROM innehåller över 100 solar-markbaserade och relaterade globala databaser som täcker perioden fram till april 1990.
- Solanki, SK; Fligge, M. (2001). "Långsiktiga förändringar i solinstrålning". I Wilson, A. (red.). Proceedings of the 1st Solar and Space Weather Euroconference, 25–29 september 2000, Santa Cruz de Tenerife, Tenerife, Spanien . Solcykeln och markklimatet . Vol. 463. ESA Publications Division. s. 51–60. Bibcode : 2000ESASP.463...51S . ISBN 978-9290926931 . ESA SP-463.
- Wu, CJ; Krivova, N.; Solanki, SK; Usoskin, IG (2018). "Rekonstruktion av total och spektral solinstrålning under de senaste 9000 åren". Astronomi & Astrofysik . 620 : A120. arXiv : 1811.03464 . Bibcode : 2018A&A...620A.120W . doi : 10.1051/0004-6361/201832956 . S2CID 118843780 .
- Senaste data om total solinstrålning uppdateras varje måndag
- N0NBH Soldata och verktyg
- Satellitens totala solinstrålningsobservationer
- SolarCycle24.com
- Solfysikwebbsidor på NASA :s Marshall Space Flight Center
- Vetenskapsöversikter: Påverkar variationer i solcykeln vårt klimatsystem? . Av David Rind, NASA GISS , januari 2009
- Yohkoh Public Outreach Project
- Stanford Solar Center
- NASAs Cosmos
- Fönster till universum: solen
- SOHOs webbplats
- TRACE webbplats
- Solar Influences Data Analysis Center
- Animerad förklaring av effekten av solcykeln på solfläckar i fotosfären ( University of South Wales)
- Solcykeluppdatering: Twin Peaks? . 2013.
- SunSpotWatch.com (sedan 1999)
| 1700-talet |
|
|
|---|---|---|
| 1800-talet |
|
|
| 1900-talet |
|
|
| 2000-talet |
|
|
| ||
| Inre struktur |  |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atmosfär |
|
||||||
| Variation | |||||||
| Heliosfären | |||||||
| Relaterad | |||||||
