Grote uitbarstingen van straling van de zon kunnen de infrastructuur op aarde beschadigen
Grote zonnevlammen zoals deze vanaf september 2017 (helderste paarse vlek) zijn moeilijk te voorspellen. Een nieuwe methode maakt gebruik van een goed begrip van de fysica van fakkels om regio’s te lokaliseren waar de uitbarstingen waarschijnlijk zullen optreden.
Voorspelling van ruimteweer is een raadspel. Voorspellingen van uitbarstingen van de zon zijn meestal gebaseerd op de hoeveelheid activiteit die wordt waargenomen op het gloeiende oppervlak van de zon, zonder rekening te houden met de specifieke processen achter de ontploffingen.
Maar een nieuwe techniek zou kunnen helpen de gewelddadige uitbarstingen van straling bekend als zonnevlammen te voorspellen op basis van de fysica erachter, rapporteren onderzoekers in de 31 juli Wetenschap. Bij toepassing op oude gegevens anticipeerde de methode op een aantal krachtige uitbarstingen, hoewel hij er ook enkele miste.
Straling die vrijkomt bij zonnevlammen en bijbehorende uitbarstingen van geladen deeltjes of plasma kunnen schadelijk zijn. Dit ruimteweer kan radiocommunicatie verstoren, satellieten afwerpen, elektriciteitsnetten uitschakelen en astronauten in gevaar brengen (SN: 9/11/17). Nauwkeuriger prognoses kunnen operators in staat stellen gevoelige systemen uit te schakelen of anderszins voorbereidingen te treffen om negatieve effecten te verzachten.
De huidige voorspellingsmethoden zijn gebaseerd op het volgen van aan overstraling gerelateerde verschijnselen zoals grote, complexe zonnevlekken – donkere gebieden op het oppervlak van de zon met krachtige magnetische velden. Maar dat leidt tot vals alarm.
De nieuwe voorspellingsmethode daarentegen is geworteld in de complexiteit van hoe en wanneer de verwarde lussen van magnetische velden van de zon zichzelf herschikken, in een proces dat bekend staat als magnetische herverbinding, waardoor energie-uitbarstingen vrijkomen die zonnevlammen markeren.
Op het oppervlak van de zon kunnen magnetische velden heftig worden. Magnetische veldlijnen, denkbeeldige contouren die op verschillende plaatsen de richting van het magnetische veld aangeven, loop en kruisen elkaar als goed gemengde spaghetti. Wanneer die lijnen breken en weer verbinden, komt er een uitbarsting van energie vrij, die een uitbarsting produceert. De details van hoe en onder welke omstandigheden dit gebeurt, moeten nog worden ontrafeld.
In de nieuwe studie stellen natuurkundige Kanya Kusano van Nagoya University in Japan en collega’s voor dat de grootste uitbarstingen ontstaan ​​wanneer twee boogvormige magnetische veldlijnen met elkaar verbinden en een m-vormige lus vormen, aangezien een kleinere lus zich dicht bij het oppervlak van de zon vormt. Deze ‘dubbele-booginstabiliteit’ leidt tot meer magnetische herverbinding en de m-vormige lus zet uit, waardoor energie vrijkomt.
Met behulp van 11 jaar aan gegevens van NASA’s Solar Dynamics Observatory-ruimtevaartuig identificeerden de onderzoekers gebieden op de zon met een hoge magnetische activiteit. Voor elke regio bepaalde het team of de omstandigheden rijp waren voor een uitbarsting veroorzaakte instabiliteit van de dubbele boog en richtte zich vervolgens op het voorspellen van de krachtigste uitbarstingen van de zon, de zogenaamde X-klasse uitbarstingen. De techniek voorspelde correct zeven van de negen fakkels die een door de onderzoekers gekozen drempel overschreden, genaamd X2, de tweede sterkteverdeling van de X-klasse.
De succesvolle voorspellingen suggereren dat onderzoekers mogelijk het fysieke proces hebben geïdentificeerd dat ten grondslag ligt aan enkele van de grootste uitbarstingen.
“Voorspelling is een zeer goede maatstaf voor hoe goed we de natuur kunnen begrijpen”, zegt Kusano.
De mislukte voorspellingen zijn eveneens verhelderend: “Zelfs als het mislukt, zegt het ons iets”, zegt zonnefysicus Astrid Veronig van de Universiteit van Graz in Oostenrijk, die een commentaar op het resultaat, ook gepubliceerd in Wetenschap. De twee fakkels die de techniek miste, hadden geen bijbehorende uitstoot van plasma van het oppervlak van de zon. ‘Dit soort instabiliteit is misschien geen goede manier om deze andere uitbarstingen uit te leggen’, zegt Veronig. Ze kunnen in plaats daarvan het resultaat zijn van magnetische herverbinding hoog boven, in plaats van dicht bij het oppervlak van de zon.
Het mechanisme waarop de onderzoekers hun voorspelling baseerden “is echt interessant en zeer inzichtelijk”, zegt zonnefysicus KD Leka van NorthWest Research Associates in Boulder, Colo. Maar ze merkt op dat de methode niet kon voorspellen hoe snel de uitbarstingen zullen optreden – of de burst een uur of een dag zou komen nadat de juiste omstandigheden zich voor het eerst hadden voorgedaan – en het identificeerde geen iets zwakkere X1-fakkels, of de volgende klasse lager, bekend als M-klasse fakkels, die nog steeds schadelijk zouden kunnen zijn.
‘De mantra waar ik naar leef’, zegt Leka, ‘is elke regel waarvan je denkt dat je de zon hebt bedacht, hij zal erachter komen hoe hij die kan breken.’
