Solaktivitet

Endring i frekvens for solflekk 1610–2015
Graf over ulike parametere for solaktivitet 1975-2006
Solstrålingsgraf 1975–2008, basert på hele spektret
Solbluss 20. august 2002

Den solens aktivitet refererer til de forskjellige egenskapene til sol , som er relatert til turbulens fra dens ekstremt varme gasser og pågående endringer i det magnetiske felt . Endringene kan være sykliske eller uregelmessige. Solaktiviteten er mest merkbar i den skiftende frekvensen til solflekkene og deres posisjon i forhold til den heliografiske ekvator , som bare kan bestemmes ved å observere solen med små teleskoper.

Den solflekksyklus har en midlere periode av 11,1 år, men kan variere fra 9 til 14 år i løpet av et århundre. Solen har vært i den 25. solflekkesyklusen siden årsskiftet 2019/2020. Det gjennomsnittlige månedlige antallet solflekker svinger fra 0 til 20 ved minimum solflekk og maksimalt mellom 80 og 300. Det høyeste kjente maksimum hittil var 1957/59 med et månedlig gjennomsnitt av solflekkens relative antall 285. Maksimum i 2013/14 var gjennomsnittlig månedlig antall flekker stort sett mellom 80 og 120. I midten av 2016 var daglige verdier Fra null til rundt 60 og det ble observert månedlige gjennomsnitt under 40. Dette betyr at aktiviteten har falt nesten halvparten siden høsten 2015.

I tillegg til samspillet mellom solflekker, er det også uregelmessige utbrudd av plasma og stråling ( bluss ), endringer i solvinden , isolerte geomagnetiske stormer og protonbyger , og de enorme gassstrålene fra fremtredene .

Selv om solflekkene har en temperatur 1000–1600 ° lavere enn resten av soloverflaten (5500 ° C), skinner solen med litt høyere effekt under aktivitetstoppen enn på minimum. Den sol fakler (varmere områder med omkring 7000 °) bidrar til dette. Solaktivitet er ansvarlig for hendelser i romvær og har direkte innvirkning på satellitter, men også på tekniske anlegg på jorden. Det påvirker også det interplanetære magnetfeltet , jordens magnetfelt , ionosfæren og dermed forplantningen av radiobølger og polarlysene .

Bestemmelse av solaktivitet

Solaktivitet kvantifiseres av forskjellige indekser. Indekser kan baseres på direkte observasjoner av solaktivitet, som solflekkens relative antall eller radiointensiteten , vi snakker da om direkte indekser . Eller de er basert på effekter som igjen er forårsaket av solaktivitet. I dette tilfellet snakker man om indirekte indekser . Direkte indekser er relativt nøyaktige, men går bare tilbake til begynnelsen av 1600-tallet. Indirekte indekser kan gis de siste ti tusen årene eller så, frem til begynnelsen av Holocene , med avtagende nøyaktighet.

Relativt antall solflekker

De første observasjonene av solflekker er fra det 4. århundre f.Kr. e. levert av Theophrastus fra Eresus . Solflekker har blitt observert og tellet systematisk og med et teleskop siden 1610. Dette gjør dem til et av de astronomiske fenomenene som lenge har blitt studert ved hjelp av moderne vitenskapelige metoder.

Et godt og lett bestemmbart mål på solaktivitet er solflekkens relative antall :

k er en korreksjonsfaktor for størrelsen på det anvendte teleskopet og gjeldende synsforhold (A. Wolfer, pilotobservatør fra 1876 til 1928, er den nye referanseobservatøren), g er antall grupper av flekker og f er antall individuelle flekker.

Rundt 1970 begynte noen solobservatorier å måle det totale arealet av flekkene daglig . Denne forseggjorte alternative metoden viser nesten den samme aktivitetsprofilen som enkel telling ved hjelp av et relativt tall.

Radiointensitet

Et annet mål på solaktivitet er solens radiointensitet ved en bølgelengde på 10,7 cm, tilsvarende en frekvens på 2,8 GHz. Denne intensiteten korrelerer med det relative tallet og bestemmes ved hjelp av radioastronomiske metoder .

Indirekte bestemmelse fra radionuklider

Ved hjelp av tidsserier av radionuklider 14 C og 10 Be kan solens magnetiske aktivitet rekonstrueres over flere tusen år.

Høyenergisk kosmisk stråling fra rommet svekkes og avbøyes i heliosfæren av solvinden og solmagnetfeltet. Med mindre solaktivitet kan mer og mer energisk kosmisk stråling trenge gjennom jordens magnetfelt og komme inn i jordens atmosfære . Der fører det til interaksjoner der nuklidene 14 C og 10 Be genereres i kjernefysiske reaksjoner . Denne prosessen er hovedkilden for produksjon av de to nuklidene.

De to radionuklider som produseres på denne måten ende opp i naturlige klimaarkiver etter en komplisert transport prosess : Det karbon- isotopen 14 C kommer inn i biosfæren som en del av karbonsyklusen - der det kan påvises i årringer ved bruk av radioaktivt metode , for eksempel - eller den er avsatt i sjøen. Så snart det er i troposfæren , den beryllium isotopen 10 Be akkumuleres i aerosoler innen en til to uker, eller bringes til overflaten av jorden ved utfelling. Der det kan påvises , for eksempel i is kjerner av de polare isdekket .

Fra nuklidkonsentrasjonene målt i klimaarkivene kan det trekkes konklusjoner om solaktivitet. Transportprosesser, klimapåvirkning på transport, styrken til jordens magnetfelt, andre kilder til nuklider og over veldig lange tidsperioder endringer i galaktisk kosmisk stråling må tas i betraktning. Rekonstruksjonens nøyaktighet er i størrelsesorden ti år. Tidsserier av solaktivitet for det siste årtusen rekonstruert fra 14 C stemmer veldig bra med solflekkindekser, for 10 Vær noe mindre bra.

Sykler

Schwabe syklus (11 år)

Den mest slående syklusen er den omtrent 11 år gamle Schwabe-syklusen basert på Samuel Heinrich Schwabe . Suksessive maksimum for solflekkens relative antall følger hverandre i dette tidsintervallet.

Hale syklus (22 år)

Siden solmagnetfeltet ble funnet å være årsaken til solflekker med Zeeman-effekten , kan dets magnetiske polaritet også bestemmes. På en solhalvkule endres den magnetiske polariteten til flekkene fra en syklus til den neste. 11-års syklusen er derfor basert på en syklus som er dobbelt så lang, den 22-årige Hale-syklusen .

Mer gjetning

Spesielt forskning i klimahistorien gjorde det mulig å gjenkjenne regelmessigheter og postulere ytterligere solsykluser.

  • Gleißberg-syklus (85 ± 15 år): Den 80 til 90 år gamle Gleißberg-syklusen ble oppdaget av Wolfgang Gleißberg . Det kan være en sammenheng med det plettfrie minimumet 2008. Wolfgang Gleißberg har utviklet en prognosemetode basert på sammenligning av flere påfølgende sykluser.
  • Suess syklus (180–210 år), også kalt syklus 208a eller de Vries syklus .
  • 1470-årssyklus, knyttet til Bond- og Dansgaard-Oeschger-hendelsene . Etter 1470 år har 210-syklusen gått ut syv ganger og 86,5-syklusen sytten ganger.
  • Hallstatt eller Bray-syklus (2400 ± 200 år). Hallstatt- eller Bray-syklusen ble postulert av forskjellige forskere etter å ha analysert 14 C og 10 Be i stein- og iskjerner, samt å analysere forskjellige fremskritt av bre i de siste årtusener. Årsaken er sannsynligvis svingninger i solaktivitet. En mulig forbindelse med et 2318 år gammelt mønster av banene til store planeter i vårt solsystem ble postulert i 2016.

Strålespekter og opprinnelse

I flere tiår har solforskning slått fast at solaktivitet er enda mer merkbar i andre områder av spekteret , for eksempel brukes solstråle som en aktivitetsindikator. Nord- eller nordlyset er også relatert til det.

Solens strålende energi kommer fra kjernefysisk fusjon av hydrogen til helium i solens kjerne og kommer til utsiden gjennom partikler ( nøytrinoer ), strålingstransport og konveksjon . Interaksjoner resulterer i et bredt spekter av stråling fra gammastråling gjennom UV til radiobølgeområdet . Det er store og små temperaturforskjeller, gassutbrudd og isolerte strålingsstormer i røntgen- , UV- og radiobølgeområdet.

Varme gassskyer, bluss og polarlys

Sterke magnetfelt ved store solflekker (type E, type F) kan kaste skyer med varm gass fra de ytre lagene av solen ut i rommet. Disse gassskyene er elektrisk ladet og forstyrrer derfor jordens magnetfelt når de når jorden etter noen dager.

Bluss er plutselige utbrudd av stråling i de ytre lagene som varer noen minutter til timer. Økt gammastråling , UV og radiostråling observeres. Høyenergi-atompartikler (elektroner, protoner, heliumkjerner) kan også sendes ut.

En geomagnetisk storm går vanligvis ubemerket hen. Imidlertid kan alvorlige stormer forstyrre satellitter, elektriske systemer eller radioforbindelser, noe som har skjedd flere ganger de siste årene. Mens den økte strålingseksponeringen under en magnetisk storm på jordoverflaten er trygg, kan det være farlig i romfart og på noen langdistansefly.

I følge Geoforschungszentrum Potsdam skjedde den største geomagnetiske stormen i historien til dags dato 1. og 2. januar. September 1859 stoppet de nylig innførte telegraflinjene og genererte nordlys, som fremdeles var synlige i Roma og Havana. Høsten 2003 kunne nordlyset observeres så langt som Sør-Tyskland og Østerrike.

I tillegg til å observere solflekker, tjener hvert solobservatorium også til å måle bluss og strukturer av solkoronaen . Det har nylig vært spesielle satellitter som registrerer intensiverte gassskyer fra bluss lenge før de til og med traff jorden. Det er også håpet at NASAs STEREO- satellitter vil gi ny informasjon om solens fysikk og dets avvik.

Av Andrew Ellicott Douglass har blitt antydet at veksten av trær kan avhenge av solaktiviteten.

Solaktivitet i moderne tid

Moderne maksimum

I det 20. århundre var solen i en uvanlig aktiv fase, et stort maksimum som toppet seg i 1957/1958. Antall solflekker i 1950–2000 var i gjennomsnitt mer enn dobbelt så høyt som i 1750–1900. Rekonstruksjoner basert på kosmogene isotoper antyder at faser med så høy aktivitet sjelden forekommer; en lignende aktiv fase skjedde sist sannsynligvis rundt 2000 f.Kr. C.E. på slutten av 1900-tallet endte det maksimale og solen gikk inn i en fase med moderat aktivitet.

Moderat 24. syklus

24. solsyklus, begynnelsen 25. solsyklus og dets solflekker (løpende oppdatering, per 09.2020).

Etter det uvanlig lange minimumet 2008/09, hvor solen var skinnende rent i flere måneder , ble det maksimale av den nåværende 24. solsyklusen opprinnelig prognostisert for slutten av 2012. Aktivitetsøkningen skjedde i 2011 og tidlig i 2012 som forventet og nådde et flatt maksimum i februar, men solflekkets relative antall falt igjen sommeren 2012 og forble atypisk lavt til slutten av året. Maksimumsprognosen ble derfor revidert til slutten av 2013.

Uvanlig var den 24. syklus, ulik fordeling av de aktivitet sentre og de store punkt grupper av type E og type F . Mens den nordlige halvkulen var noe mer aktiv i 2012, var i 2013 nesten alle store grupper på den sørlige halvkulen. Korrelert med solrotasjonen var de høyeste relative tallene (ca 130 til 160) siden mai 2013 i midten av måneden, og noen grupper var til og med spot freiäugig synlige; de laveste verdiene var rundt 20.

Aktivitetssentrene har vært enda mer ujevnt fordelt siden våren 2014, hvor de ble synlige den første tredjedelen av måneden på grunn av solens rotasjon. Den forrige maksimumsverdien skjedde 5. juli 2014 med rundt 160 flekker og et relativt antall rundt 250, mens den to uker tidligere bare var 50.

I 2015 falt det relative antallet til rundt 50 til 130 og i første halvdel av 2016 til 20 til 70. I begynnelsen av juli 2016 var solen helt fri for flekker i noen dager for første gang i denne syklusen.

25. syklus

I september 2020 bekreftet en analyse av NASA og NOAA at solaktiviteten har økt igjen etter minimum siden desember 2019, og dermed startet den 25. solsyklusen.

Sammenligning med andre sollignende stjerner

En sammenligning med 369 sollignende stjerner observert med Kepler- og Gaia-romteleskopene viser at deres lysstyrkesvingninger vanligvis er fem ganger sterkere. I solen er de typisk 0,07 prosent. Isotopanalyser fra iskjerner viser at solaktiviteten har vært tilsvarende lav i minst 9000 år. I sammenligningen med andre stjerner ble alder, overflatetemperatur, andel av tunge elementer og rotasjonsperiode brukt. Mulige forklaringer er at solen for øyeblikket er i en hvilefase og viser like store svingninger på lang sikt, eller at solen skiller seg fra disse andre stjernene på en tidligere ukjent måte.

litteratur

  • Helmut Zimmermann, Alfred Weigert: ABC Lexicon Astronomy . Spektrum Akad. Verlag, Heidelberg 1995, ISBN 3-8274-0575-0 .
  • J.Bennett, M.Donahue, N.Schneider, M.Voith: Astronomie (Chapter 14) (Red.): Harald Lesch, 5. utgave (1170 sider), Pearson-Studienverlag, München-Boston-Harlow-Sydney- Madrid 2010
  • Rudolf Kippenhahn : Stjernen vi lever på . DVA, Stuttgart 1990
  • Gordon D. Holman: Eksplosiv sol . Spectrum of Science, juni 2006, s. 41–47.
  • Ilya G. Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . I: Levende anmeldelser i solfysikk . Februar 2017, doi : 10.1007 / s41116-017-0006-9 (Open Access).

weblenker

Commons : Solar aktivitetskategori  - samling av bilder, videoer og lydfiler

Individuelle bevis

  1. ↑ Usoskin: En historie med solaktivitet gjennom årtusener . 14. mars 2017, Solaktivitet : konsept og observasjoner - Sammendrag, doi : 10.1007 / s41116-017-0006-9 .
  2. ↑ Birgit Krummheuer, Robert Cameron: Solen tar sakte fart. I: mpg.de. Max Planck Society , 15. september 2020, åpnet 21. januar 2021 .
  3. ↑ a b Sean Potter: Solar Cycle 25 er her. NASA, NOAA forskere forklarer hva det betyr. NASA , 15. september 2020, åpnet 21. januar 2021 .
  4. ↑ De nøyaktige tallene avhenger av tellings- eller rekonstruksjonsmetoden. Informasjonen her er basert på International Sunsport Number v.2 . Syklusvarighet - Tabell over minima, maksima og syklusvarighet. SILSO, åpnet 15. mars 2020 .
  5. ↑ Informasjon i henhold til det internasjonale Sunsport Number v.2 , Sunspot Number - total - Månedlig gjennomsnittlig total sunspot number (1/1749 - nå). SILSO, åpnet 15. mars 2020 .
  6. ^ Arnold Hanslmeier : Introduksjon til astronomi og astrofysikk . Spektrum Verlag, 2. utgave 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3 , s. 237.
  7. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 2.2.
  8. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 2.2.1,2.3.2.
  9. ↑ sidc.oma.be
  10. ^ Arnold Hanslmeier: Introduksjon til astronomi og astrofysikk . Spektrum Verlag, 2. utgave 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3 , s. 220.
  11. ↑ De siste tiårene har det vært en betydelig menneskelig innflytelse, for eksempel fra trykkvannsreaktorer eller atomvåpenforsøk , se Usoskin atomvåpeneffekt : A History of Solar Activity over Millennia . 2013, 3.2.4. og Qin-Hong Hu, Jian-Qing Weng, Jin-Sheng Wang: Kilder til menneskeskapte radionuklider i miljøet: en gjennomgang . I: Journal of Environmental Radioactivity . Nei. 101 , 2010, s. 430 , doi : 10.1016 / j.jenvrad.2008.08.004 .
  12. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 3.1–3.3.
  13. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 3.6-3.7.
  14. ↑ a b Usoskin: A History of Solar Activity over Millennia . 2013, 2.4.1.1.
  15. ↑ Thomas M. Cronin: Paleoclimates: Forstå Climate Change fortid og nåtid. Columbia University Press, New York 2013, s. 221 ; Colin P. Summerhayes: Jordens klimautvikling. John Wiley & Sons, 2015, s. 324ff.
  16. ↑ Wolfgang Gleißberg: Frekvensen av solflekker . Akademie-Verlag, Berlin 1953.
  17. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 2.4.1.3.
  18. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 2.4.1.4.
  19. ↑ Holger Braun, Marcus Christl, Stefan Rahmstorf et al. (2005): Mulig solopprinnelse til den 1.470 år lange isklima-syklusen demonstrert i en koblet modell. I: Nature, Vol. 438, s. 208–211 doi: 10.1038 / nature04121 (PDF; 472 kB)
  20. ^ F. Steinhilber, et al. (2012) "9.400 år med kosmisk stråling og solaktivitet fra iskjerner og treringer." Proceedings of the National Academy of Sciences, 109, 16, 5967-5971. Thompson, LG et al. (2006) "Abrupt tropisk klimaendring: Fortid og nåtid." PNAS 103, 10536-10543.
  21. ↑ KG McCracken, et al. (2013) “En fenomenologisk studie av de kosmiske strålevariasjonene de siste 9400 årene, og deres implikasjoner med hensyn til solaktivitet og soldynamoen.” Solfysikk 286.2: 609-627.
  22. ↑ . Usoskin et al, 2016, Sol-aktivitet i løpet av Holosen: Hallstatt syklus og dens betydning for store minima og maksima, astronomi og astrofysikk
  23. ↑ Usoskin: En historie om solaktivitet gjennom årtusener . 2013, 2.4.1.6.
  24. ↑ Nicola Scafetta , Milani, Bianchini, Ortolani, “Om den astronomiske opprinnelsen til Hallstatt-svingningen som finnes i radiokarbon- og klimaposter i hele Holocene,” Earth-Science Reviews, 162 (2016) 24-43.
  25. ↑ Nasa fotograferer solen i 3D for første gang. 24. april 2007, åpnet 24. september 2011 .
  26. ↑ Usoskin: En historie med solaktivitet gjennom årtusener . 14. mars 2017, Variasjon av solaktivitet over årtusener - Grand maxima of solar activity, doi : 10.1007 / s41116-017-0006-9 .
  27. ↑ Michael Delfs: Aktiviteten til solen - Gjennomgang av 2012 . Stjerner og rom, utgave 7/2013, s. 78–83.
  28. ↑ NOAA US Department of Commerce: Hello Solar Cycle 25 ( EN-US )
  29. ↑ Timo Reinhold et al., Solen er mindre aktiv enn andre sollignende stjerner, Science, Volum 368, 2020, s. 518-521, abstrakt
  30. Car Nick Carne, Sun mindre aktiv enn lignende stjerner , Cosmos Magazine, 1. mai 2020.