Medplanetarno vreme

1. Astronomsko društvo Vega Medplanetarno vreme predstavitev za skupino Repatice in kometi Gregor Vertačnik Ljubljana, marec 2008

2. Kazalo • Sonce • Sončeva dejavnost • Burni procesi na Soncu • Sončev veter • Zemljina magnetosfera • Geomagnetna dejavnost • Polarni sij • Druge posledice geomagnetne dejavnosti

3. Sonce • vir medplanetarnega vremena • ogromna, svetla krogla plazme • 73 % vodika, 25 % helija • v sredici poteka zlivanje protonov v devterij: veriga proton-proton • ravnovesje med gravitacijo in pritiskom plazme (v središču 15 mio. °C) • Prenos energije proti površju s sevanjem in konvekcijo • površina – fotosfera s temperaturo 5500 °C • spodnja plast atmosfere se imenuje kromosfera • korona je najobširnejša plast s spremenljivo mejo, T > 106 K; vidna le ob popolnih Sončevih mrkih • tok Sončeve plazme - Sončev veter potuje čez celotno Osončje do heliopavze Shema reakcije proton-proton. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Proton-proton_chain_reaction

4. Shema Sonca Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Sun Sončeva atmosfera ob popolnem mrku 1999. Foto: Luc Viatour, vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Sun

5. Pege in bakle • poleg konvekcijskih zrn glavni vidni pojavi na površju Sonca • kazalec Sončeve dejavnosti, ki je posledica navitja magnetnih silnic zaradi neenakomernega vrtenja Sonca • pege: • navidezno temnejša in vdrta območja, temperatura 4000 °C • sestavljene iz polsence in sence • močno magnetno polje (1-4 T, Zemlja 1/2000 T, povp. Sonca 1/1000 T), ki zavira konvekcijo - velikost do nekaj 10000 km • Običajno v skupinah z vodilno in sledilno pego (različni magnetni polariteti) • življenjska doba nekaj dni do nekaj mesecev • bakle: • toplejša območja v okolici peg • vzrok za povečan izsev Sonca v času večje dejavnosti • znanilke nastajajočih peg in pomniki izginulih Sončeva pega. Avtorske pravice: Vacuum Tower Telescope, NSO in NOAO Bakle. Avtorske pravice: NASA/Goddard Space Flight Center, Scientific Visualization Studio

6. Razvoj največje skupine peg 23. cikla Sončeve dejavnosti. Vir: http://sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/images/spotcollage.html

7. Sončeva dejavnost se spreminja ciklično s periodo okoli 11 let, a vsi viški niso enako močni • spreminjanje izseva Sonca za 1 ‰ • največ peg, bakel, izbruhov v času viška dejavnosti • nesimetrična perioda: • naraščanje po minimumu 3-4 leta • 7 let padanja po maksimumu • 22-letni magnetni cikel, menjava usmerjenosti magnetnega dipola • Wolfovo število: • najpreprostejša mera Sončeve dejavnosti • vsota desetkratnega števila skupin in števila peg • od 0 v minimumu do prek 200 ob maksimumu Sončeva aktivnost v zadnjih 400 letih. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Sunspot Spreminjanje solarne konstante s Sončevo dejavnostjo. Vir: http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_variation

8. Burni procesi na Soncu • Blišči: • nekajminutni, a zelo intenzivni izbruhi Sončeve plazme • odkritelj R. Carrington, l. 1859 • posledica sprostitve energije v magnetnih silnicah • elektroni, protoni in težji ioni pospešeni skoraj do svetlobne hitrosti • običajno v območjih peg • še posebej izraziti v rentgenskem delu spektra • CME – koronalni izbruhi mase: • intenzivni izbruhi plazme iz korone, predvsem visokoenergijskih protonov in elektronov • posledica odprtih magnetnih silnic • hitrost 20–2700 km/s • povprečna masa izbruha reda milijarde ton • glavni vir izrazitega medplanetarnega vremena Velik izbruh koronalne mase. Vir: http://sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/images/agueit.html Najmočnejši zabeležen blišč, 4.11.2003. Vir: http://sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/images/eitbigflare.html

9. Sončev veter • tok koronalne plazme (večinoma iz protonov in elektronov) • izguba Sončeve mase: 7 milijard ton na uro • gostota v bližini Zemlje: ~6 delcev na cm3 • povprečna hitrost 400 km/s, največja prek 2000 km/s • nosilec “zamrznjenega” magnetnega polja, ki izvira iz Sončevih peg • tipična gostota magnetnega polja v bližini Zemlje 2-5 nT • oblikovalec magnetosfer planetov in repov kometov • vzrok medplanetarnega vremena • seže več kot 120 a.e. stran od Sonca, do heliopavze – interakcija z medzvezdnim vetrom Sonce, Sončev veter in Zemljina magnetosfera. Vir: NASA/SOHO Velika koronalna luknja. Avtorske pravice: SOHO - EIT Consortium, ESA, NASA

10. Zemljina magnetosfera • ovoj okrog Zemlje nad atmosfero kot posledica Zemljinega magnetnega polja (dinamo iz staljenega železa v jedru) • na dnevni strani debela 10, rep na nočni več kot 200 Zemljinih polmerov • oblika se stalno spreminja zaradi Sončevega vetra • vsebuje zmes plazem ionosfere in Sončevega vetra • najpomembnejši del sta Van Allenova pasova: - notranji v glavnem iz protonov (10-100 MeV); sega 0,1 – 2,3 Zemljinih polmerov visoko - zunanji večinoma iz elektronov (1 MeV); sega do 8 polmerov visoko - nevarnost za astronavte in satelite Shema Zemljine magnetosfere.

11. Geomagnetna dejavnost • skupek pojavov, povezanih z dinamičnim dogajanjem na Soncu ter Zemljinim magnetnim poljem • deloma periodičen pojav, kar je posledica: • Sončeve aktivnosti • nagiba Sončeve osi • vrtenja Sonca • medplanetarnega magnetnega polja • geomagnetni viharji: • posledica povečanega pretoka energije Sončevega vetra v magnetosfero (koronalni izbruhi, koronalne luknje, blišči) • po trku z udarnim valom 24-36 ur po dogodku na Soncu • ojačanje krožnega toka v magnetosferi • navadno trajajo nekaj ur • geomagnetni podviharji (“substorms”): • zapleteni procesi, posledica skladiščenja energije v magnetosferi • večinoma niso vezani na trenutno Sončevo aktivnost

12. Polarni sij • nočni svetlobni pojav na visokih, redko srednjih geografskih širinah • ločimo južni in severni sij (“aurora borealis”, “aurora australis”) • nastaja v kolobarjih okoli polov • za nastanek polarnega sija je ugodna južna usmerjenost magnetnega polja v Sončevem vetru (delno izniči Zemljino magnetno polje) • nastane ob trku nabitih delcev iz magnetosfere z delci iz zgornjega dela Zemljinega ozračja (vsaj 80 km visoko) • trki z nabitimi delci vzbudijo atome, ki potem to energijo oddajo bodisi s sevanjem, bodisi s trki • barva je odvisna od atoma (emisijske črte): • atomarni Kisik – rdeča in zelena • dušik in dušikovi ioni – rdeča, modra, vijolična • tipično je sij v obliki zavese ali pa je difuzen; razteza se v smeri vzhod-zahod • na območju s sijem se na tleh pojavijo magnetne motnje • najpogostejši septembra, oktobra, marca in aprila (deloma zaradi pogostejših geomagnetnih viharjev in ugodnega nagiba Sončeve osi) • v Sloveniji so siji redki, vidnih je le nekaj sijev na Sončev cikel (ob višku Sončeve dejavnosti ob močnih izbruhih) • najspektakularnejši zabeležen polarni sij je bil 2.9.1859, en dan po odkritju Sončevega blišča Severni sij na Aljaski. Foto: Mila Zinkova Severni sij z Mednarodne vesoljske postaje. Foto: NASA

13. Druge posledice medplanet. vremena • motnje v radijski komunikaciji in navigacijskih sistemih, v starih časih motnje v telegrafskem omrežju (1859) • motenje iskanja rudnin • nevarnost za kovinska omrežja in vode (razpad elektroomrežja v Quebecu 13.3.1989, 6 mio. ljudi 9 ur brez elektrike) • nevarnost za satelite in astronavte (visokoenergijsko sevanje in nabiti delci, sprememba tirnice) • vpliv na biološke procese (motnje v orientaciji golobov) • vpliv na vreme

14. Viri in literatura • http://en.wikipedia.org/wiki/Sun • http://en.wikipedia.org/wiki/Sunspot • http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/sun/atmosphere/sunspot_magnetism.html&edu=high • http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_flare • http://en.wikipedia.org/wiki/Coronal_Mass_Ejection • http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_wind • http://en.wikipedia.org/wiki/Geomagnetic_storm • http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetosphere • http://en.wikipedia.org/wiki/Polar_aurora • http://www.spaceweather.com/ • http://www.swpc.noaa.gov/today.html • http://sohowww.nascom.nasa.gov/