Solflamma
.jpg)
| Del av en serie artiklar om |
| Heliophysics |
|---|
|
En solfloss är ett intensivt lokaliserat utbrott av elektromagnetisk strålning i solens atmosfär . Blossar uppstår i aktiva regioner och åtföljs ofta, men inte alltid, av koronala massutkastningar , sol-partikelhändelser och andra solfenomen . Förekomsten av solflammor varierar med den 11-åriga solcykeln .
Solutbrott tros uppstå när lagrad magnetisk energi i solens atmosfär accelererar laddade partiklar i den omgivande plasman . Detta resulterar i emission av elektromagnetisk strålning över det elektromagnetiska spektrumet .
Elektromagnetisk strålning med hög energi från solflammor absorberas av dagsljussidan av jordens övre atmosfär, särskilt jonosfären , och når inte ytan. Denna absorption kan tillfälligt öka joniseringen av jonosfären vilket kan störa kortvågsradiokommunikation . Förutsägelse av solflammor är ett aktivt forskningsområde.
Ljusbloss förekommer även på andra stjärnor, där begreppet stjärnbloss gäller.
Beskrivning
Solutbrott påverkar alla lager i solatmosfären ( fotosfär , kromosfär och korona ). Plasmamediet värms upp till tiotals miljoner kelvin, medan elektroner, protoner och tyngre joner accelereras till nära ljusets hastighet .
Flares producerar elektromagnetisk strålning över det elektromagnetiska spektrumet på alla våglängder , från radiovågor till gammastrålar . Det mesta av energin sprids över frekvenser utanför synområdet; majoriteten av blossarna är inte synliga för blotta ögat och kan endast observeras med speciella instrument.
Ljusbloss uppstår i aktiva regioner , ofta runt solfläckar , där intensiva magnetiska fält penetrerar fotosfären för att länka koronan till det sol-inre. Flares drivs av det plötsliga (tidsskalor från minuter till tiotals minuter) frigöring av magnetisk energi lagrad i korona. Samma energiutsläpp kan också producera koronala massutstötningar (CMEs), även om sambandet mellan CMEs och flares fortfarande inte är väl förstått. [ citat behövs ]
Solutbrott förekommer i ett kraftlagsspektrum av magnituder; ett energiutsläpp på typiskt 10 20 joule energi räcker för att producera en tydligt observerbar händelse, medan en större händelse kan avge upp till 10 25 joule .
Förknippade med solflammor är flare sprayer. De involverar snabbare utstötningar av material än eruptiva prominenser och når hastigheter på 20 till 2000 kilometer per sekund.
Frekvens
Frekvensen av förekomst av solflammor varierar med den 11-åriga solcykeln . Det kan sträcka sig från flera per dag under solmaximum till mindre än en varje vecka under solminimum . Dessutom är mer kraftfulla bloss mindre frekventa än svagare. Till exempel X10-klass (allvarliga) flare i genomsnitt cirka åtta gånger per cykel, medan M1-klass (mindre) uppblossningar inträffar i genomsnitt cirka 2000 gånger per cykel.
Erich Rieger upptäckte tillsammans med arbetskamrater 1984 en period på cirka 154 dagar i förekomsten av gammastrålning, åtminstone sedan solcykeln 19 . Perioden har sedan dess bekräftats i de flesta heliofysikdata och det interplanetära magnetfältet och är allmänt känd som Riegerperioden . Periodens resonansövertoner har också rapporterats från de flesta datatyper i heliosfären .
Varaktighet
Varaktigheten av en solfloss beror mycket på våglängden på den elektromagnetiska strålningen som används i dess beräkning. Detta beror på att olika våglängder emitteras genom olika processer och på olika höjder i solens atmosfär.
Ett vanligt mått på blossens varaktighet är den fulla bredden vid halva maximala (FWHM) tiden för mjukt röntgenflöde inom våglängdsbanden 0,05 till 0,4 och 0,1 till 0,8 nanometer (0,5 till 4 och 1 till 8 ångströms ) uppmätt av rymdfarkosten GOES i geosynkron bana . FWHM-tiden sträcker sig från när en flares flöde först når halvvägs mellan dess maximala flöde och bakgrundsflödet och när det återigen når detta värde när flare avtar. Med hjälp av detta mått sträcker sig varaktigheten av en flare från ungefär tiotals sekunder till flera timmar med en medianvaraktighet på ungefär 6 och 11 minuter i 0,05 till 0,4 respektive 0,1 till 0,8 nanometerbanden.
Solflammor som varar längre än cirka 30 minuter betraktas som långvariga händelser (LDE). [ bättre källa behövs ]
Post-eruption loopar och arkader
Efter utbrottet av en solfloss börjar slingor efter utbrottet som består av het plasma att bildas tvärs över den neutrala linjen som skiljer regioner med motsatt magnetisk polaritet nära blossens källa. Dessa slingor sträcker sig från fotosfären upp i koronan och bildas längs den neutrala linjen på allt större avstånd från källan allt eftersom tiden går. Förekomsten av dessa heta slingor tros fortsätta genom långvarig uppvärmning efter utbrottet och under blossens sönderfallsstadium.
I tillräckligt kraftfulla bloss, typiskt av C-klass eller högre, kan slingorna kombineras för att bilda en långsträckt bågliknande struktur som kallas en arkad efter utbrottet . Dessa strukturer kan pågå var som helst från flera timmar till flera dagar efter den initiala blossen. I vissa fall kan mörka plasmahålrum som rör sig i solen, kända som supra-arcade downflows, bildas ovanför dessa arkader.
Orsak
Flares uppstår när accelererade laddade partiklar, främst elektroner, interagerar med plasmamediet . Bevis tyder på att fenomenet magnetisk återkoppling leder till denna extrema acceleration av laddade partiklar. På solen kan magnetisk återkoppling ske på solarkader – en serie nära förekommande slingor som följer magnetiska kraftlinjer. Dessa kraftlinjer återansluts snabbt till en lägre arkad av slingor och lämnar en helix av magnetfält oansluten till resten av arkaden. Det plötsliga frigörandet av energi i denna återkoppling är ursprunget till partikelaccelerationen. Det oanslutna magnetiska spiralfältet och materialet som det innehåller kan kraftigt expandera utåt och bilda en koronal massutstötning. Detta förklarar också varför solflammor vanligtvis bryter ut från aktiva områden på solen där magnetfälten är mycket starkare.
Även om det råder en allmän överenskommelse om källan till en flares energi, är de involverade mekanismerna fortfarande inte väl förstådda. Det är inte klart hur den magnetiska energin omvandlas till partiklarnas kinetiska energi, och det är inte heller känt hur vissa partiklar kan accelereras till GeV-området (10 9 elektronvolt ) och vidare. Det finns också vissa inkonsekvenser när det gäller det totala antalet accelererade partiklar, som ibland verkar vara större än det totala antalet i koronalslingan. Forskare kan inte förutse flammor. [ citat behövs ]
Klassificering
Mjuk röntgenklassificering
Det moderna klassificeringssystemet för solflammor använder bokstäverna A, B, C, M eller X, enligt toppflödet i watt per kvadratmeter (W/m 2 ) för mjuka röntgenstrålar med våglängder 0,1 till 0,8 nanometer (1) till 8 ångströms ), mätt av rymdfarkosten GOES i geosynkron bana .
| Klassificering |
Ungefärligt toppflödesområde vid 0,1-0,8 nanometer (watt/kvadratmeter) |
|---|---|
| A | < 10 −7 |
| B | 10 −7 – 10 −6 |
| C | 10 −6 – 10 −5 |
| M | 10 −5 – 10 −4 |
| X | > 10 −4 |
Styrkan hos en händelse inom en klass noteras med ett numeriskt suffix som sträcker sig från 1 upp till, men exklusive, 10, vilket också är faktorn för den händelsen inom klassen. Därför är ett X2-ljus dubbelt så starkt som ett X1-ljus, ett X3-ljus är tre gånger så kraftfullt som ett X1 och bara 50 % kraftfullare än en X2. En X2 är fyra gånger kraftfullare än en M5 flare. Facklor av klass X med ett toppflöde som överstiger 10 −3 W/m 2 kan noteras med ett numeriskt suffix lika med eller större än 10.
Detta system skapades ursprungligen 1970 och innehöll endast bokstäverna C, M och X. Dessa bokstäver valdes för att undvika förväxling med andra optiska klassificeringssystem. A- och B-klasserna skulle senare läggas till på 1990-talet då instrumenten blev känsligare för svagare bloss. Ungefär samtidigt backronymen moderat för M-klassbloss och extrem för X-klassbloss att användas.
H-alfa klassificering
En tidigare flareklassificering baserades på H-alfa- spektrala observationer. Schemat använder både intensiteten och emitterande yta. Klassificeringen i intensitet är kvalitativ och hänvisar till blossarna som: svag ( f ), normal ( n ) eller lysande ( b ). Den emitterande ytan mäts i termer av miljondelar av halvklotet och beskrivs nedan. (Den totala halvklotsarean A H = 15,5 × 10 12 km 2 .)
| Klassificering |
Korrigerat område (miljondelar av halvklotet) |
|---|---|
| S | < 100 |
| 1 | 100–250 |
| 2 | 250–600 |
| 3 | 600–1200 |
| 4 | > 1200 |
En flare klassificeras då med S eller en siffra som representerar dess storlek och en bokstav som representerar dess toppintensitet, vg: Sn är en normal solflamma .
Effekter
Markbundna
Röntgenstrålar och extrem ultraviolett strålning som sänds ut av solflammor absorberas av dagsljussidan av jordens atmosfär och når inte jordens yta. Därför utgör solflammor ingen direkt fara för människor på jorden. Denna absorption av högenergisk elektromagnetisk strålning kan dock tillfälligt öka joniseringen av den övre atmosfären, vilket kan störa kortvågsradiokommunikation, och kan tillfälligt värma upp och expandera jordens yttre atmosfär. Denna expansion kan öka luftmotståndet på satelliter i låg omloppsbana om jorden , vilket kan leda till orbital förfall över tiden.
Radioavbrott
Den tillfälliga ökningen av jonisering av dagsljussidan av jordens atmosfär, i synnerhet jonosfärens D-skikt, kan störa kortvågiga radiokommunikationer som förlitar sig på dess joniseringsnivå för utbredning av himlen . Skywave, eller skip, hänvisar till utbredningen av radiovågor som reflekteras eller bryts bort från den joniserade jonosfären. När joniseringen är högre än normalt, blir radiovågor försämrade eller helt absorberade genom att förlora energi från de mer frekventa kollisioner med fria elektroner.
Atmosfärens joniseringsnivå korrelerar med styrkan hos den associerade solflammen i mjuk röntgenstrålning. NOAA klassificerar radioavbrott efter den maximala mjuka röntgenintensiteten för den associerade flare .
| Klassificering | Tillhörande solflamma | Beskrivning |
|---|---|---|
| R1 | M1 | Mindre radioavbrott |
| R2 | M5 | Måttligt radioavbrott |
| R3 | X1 | Kraftig radioblackout |
| R4 | X10 | Allvarligt radioavbrott |
| R5 | X20 | Extremt radioavbrott |
Magnetisk virkning
Den ökade joniseringen av D- och E-lagren i jonosfären orsakad av stora solutbrott ökar den elektriska ledningsförmågan hos dessa lager, vilket möjliggör flödet av elektriska strömmar . Dessa jonosfäriska strömmar inducerar ett magnetfält som kan mätas med markbaserade magnetometrar. Detta fenomen är känt som en magnetisk virkning eller solflossningseffekt ( SFE ). Det tidigare namnet kommer från dess utseende på magnetometrar som liknar en virknål . [ citat behövs ] Dessa störningar är relativt mindre jämfört med de som induceras av geomagnetiska stormar.
I rymden
För astronauter i låg omloppsbana om jorden är en förväntad stråldos från den elektromagnetiska strålningen som sänds ut under en solfloss cirka 0,05 grått , vilket inte är direkt dödligt i sig. Av mycket mer oro för astronauter är partikelstrålningen i samband med solpartikelhändelser. [ bättre källa behövs ]
Observationer
Flares producerar strålning över det elektromagnetiska spektrumet, men med olika intensitet. De är inte särskilt intensiva i synligt ljus, men de kan vara mycket ljusa vid särskilda spektrallinjer . De producerar normalt bremsstrahlung i röntgenstrålar och synkrotronstrålning i radio. [ citat behövs ]
Historia
Optiska observationer
Solflammor observerades först av Richard Carrington och Richard Hodgson oberoende den 1 september 1859 genom att projicera bilden av solskivan som producerats av ett optiskt teleskop genom ett bredbandsfilter. Det var ett utomordentligt intensivt vitt ljusbloss , ett bloss som avgav en stor mängd ljus i det visuella spektrumet .
Eftersom flare producerar rikliga mängder strålning vid H-alfa , [ citat behövs ] tillägg av ett smalt (≈1 Å) passbandsfilter centrerat vid denna våglängd till det optiska teleskopet tillåter observation av inte särskilt ljusa flare med små teleskop. I åratal var Hα den främsta, om inte den enda, informationskällan om solflammor. Andra passbandsfilter används också.
Radioobservationer
Under andra världskriget , den 25 och 26 februari 1942, observerade brittiska radaroperatörer strålning som Stanley Hey tolkade som solemission. Deras upptäckt blev inte offentlig förrän i slutet av konflikten. Samma år Southworth också solen i radio, men som med Hey var hans observationer bara kända efter 1945. 1943 var Grote Reber den första som rapporterade radioastronomiska observationer av solen vid 160 MHz. Den snabba utvecklingen av radioastronomin avslöjade nya särdrag hos solaktiviteten som stormar och skurar relaterade till flammorna. Idag observerar markbaserade radioteleskop solen från ca. 15 MHz upp till 400 GHz.
Rymdteleskop
Eftersom jordens atmosfär absorberar mycket av den elektromagnetiska strålning som sänds ut av solen med våglängder kortare än 300 nm, möjliggjorde rymdbaserade teleskop observation av solutbrott i tidigare oobserverade högenergispektrallinjer. Sedan 1970-talet har GOES-serien av satelliter kontinuerligt observerat solen i mjuka röntgenstrålar, och deras observationer har blivit standardmåttet på bloss, vilket minskar betydelsen av H-alfa-klassificeringen. Dessutom tillåter rymdbaserade teleskop observation av extremt långa våglängder - så långa som några kilometer - som inte kan fortplanta sig genom jonosfären.
Exempel på stora solflammor
Det mest kraftfulla bloss som någonsin observerats tros vara det bloss som associeras med 1859 års Carrington-händelse. Även om inga mjuka röntgenmätningar gjordes vid den tiden, registrerades den magnetiska virkningen i samband med blossen av markbaserade magnetometrar som gjorde det möjligt att uppskatta blossens styrka efter händelsen. Med hjälp av dessa magnetometeravläsningar har dess mjuka röntgenklass uppskattats vara större än X10. Den mjuka röntgenklassen för blossen har också uppskattats till cirka X50. [ bättre källa behövs ]
I modern tid inträffade den största solflammen som uppmätts med instrument den 4 november 2003 . Denna händelse mättade GOES-detektorerna, och på grund av detta är dess klassificering endast ungefärlig. Ursprungligen, extrapolerade GOES-kurvan, uppskattades den till X28. Senare analys av de jonosfäriska effekterna föreslog att denna uppskattning skulle ökas till X45. Denna händelse producerade det första tydliga beviset på en ny spektral komponent över 100 GHz.
Andra stora solinflammationer inträffade också 2 april 2001 (X20+), 28 oktober 2003 (X17,2+ och 10), 7 september 2005 (X17), 9 augusti 2011 (X6,9), 7 mars 2012 (X5,4) och 6 september 2017 (X9,3).
Förutsägelse
Nuvarande metoder för att förutsäga flare är problematiska, och det finns ingen säker indikation på att en aktiv region på solen kommer att producera en flare. Men många egenskaper hos solfläckar och aktiva regioner korrelerar med blossande. Till exempel producerar magnetiskt komplexa regioner (baserade på siktlinjemagnetfält) som kallas deltafläckar de största blossarna. Ett enkelt system för klassificering av solfläckar på grund av McIntosh, eller relaterat till fraktal komplexitet, används vanligtvis som utgångspunkt för förutsägelse av flare. Förutsägelser anges vanligtvis i termer av sannolikheter för uppkomst av bloss över M- eller X-klass inom 24 eller 48 timmar. US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) utfärdar prognoser av detta slag. MAG4 utvecklades vid University of Alabama i Huntsville med stöd från Space Radiation Analysis Group vid Johnson Space Flight Center (NASA/SRAG) för att förutsäga M- och X-klassbloss, CME, snabba CME och solenergipartikelhändelser. En fysikbaserad metod som kan förutsäga förestående stora solflammor föreslogs av Institute for Space-Earth Environmental Research (ISEE), Nagoya University.
I populärkulturen
En solflamma har varit den huvudsakliga handlingen för science fiction-berättelser:
- Flare , en roman från 1992 av Roger Zelazny och Thomas Thurston Thomas
- Inconstant Moon , ett Outer Limits -avsnitt från 1996 på Showtime av författaren Larry Niven och med Michael Gross och Joanna Gleason i huvudrollerna
- Tamizhuku En Ondrai Azhuthavum , en tamilspråkig film från 2015 i regi av Ramprakash Rayappa och med Nakul i huvudrollen
- Every Little Thing, säsong två-premiären av en 2019 AppleTV+ -serie For All Mankind skapad av Ronald D. Moore , Matt Wolpert och Ben Nedivi
- Finch , en AppleTV+ -film från 2021 regisserad av Miguel Sapochnik och med Tom Hanks i huvudrollen
- Stowaway , en science-fiction- thrillerfilm från 2021 av Joe Penna och Ryan Morrison
- COBRA , en brittisk tv-serie från 2020 där en enorm flamma slår mot Europa och skadar Storbritanniens elnät och navigationssystem, med Robert Carlyle och Victoria Hamilton i huvudrollerna
De är också ett populärt domedagsscenario i katastroffilmer, där deras effekter på jorden ofta är kraftigt överdrivna.
Se även
externa länkar
- NOAA Space Weather Prediction Centers nästan realtidsdata och resurser för solfloss:
- NASA Astronomy Picture of the Day: An X Class Flare Region on the Sun (6 november 2007)
| Inre struktur |  |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atmosfär |
|
||||||
| Variation | |||||||
| Heliosfären | |||||||
| Relaterad | |||||||
Kategorier
