Solflekk

En solflekk er et område av solen som har kjøligere temperatur enn omgivelsene, og med intens magnetisk aktivitet . En typisk solflekk består av et mørkt sentralområde, kalt "umbra", omgitt av en lysere " penumbra ". En enkelt flekk kan måle opptil 12 000  km (nesten like stor som jordens diameter ) , men en gruppe flekker kan nå 120 000 km i størrelse og noen ganger enda mer.

Penumbraen er bygd opp av en struktur av lyse og mørke filamenter som strekker seg mer eller mindre radialt fra umbraen. Begge (umbra og penumbra) virker mørke i motsetning til fotosfæren, ganske enkelt fordi de er kjøligere enn gjennomsnittstemperaturen til fotosfæren; dermed har umbraen en temperatur på 4000  K , mens penumbraen når 5600 K, tydeligvis lavere enn de omtrent 6000 K som fotosfærens granuler har.

Ved Stefan-Boltzmann-loven , der den totale energien som utstråles av et svart legeme (som en stjerne ) er proporsjonal med den fjerde potensen av dens effektive temperatur (E = σT 4 , hvor σ=5,67•10 –8 W/m²K 4 ; se Stefan–Boltzmann-konstanten ), sender umbraen ut omtrent 32 % av lyset som sendes ut av et like stort område av fotosfæren , og på samme måte har penumbraen en lysstyrke på 71 % av fotosfæren.

Mørket til en solflekk er bare en kontrasteffekt; hvis vi kunne se en type flekk, med en umbra på størrelse med jorden , isolert og på samme avstand som solen, ville den skinne omtrent 50 ganger mer enn fullmånen . Flekkene er relativt ubevegelige i forhold til fotosfæren og deltar i solrotasjonen. Arealet av soloverflaten dekket av solflekker er målt i form av milliondeler av den synlige solhalvkulen.

Historien

De første systematiske observasjonene av solflekker ble gjort av kinesiske astronomer fra 28 f.Kr. C. , selv om det er tidligere punktlige nyheter fra IV århundre a. C. Mellom år 28 a. C. og 1638 d. C. registrerte totalt 112 plasser. [ 1 ] De kunne sannsynligvis se de største gruppene av flekker når det intense sollyset ble filtrert av støv som ble blåst fra ørkenene i Sentral-Asia.

I Vesten dukker den eldste nyheten om en solflekk opp i Karl den Stores liv , skrevet i 807 e.Kr. I de følgende århundrene ble de observert av muslimske astronomer som Averroes og allerede på 1400-tallet også av italienere. [ 1 ]

I 1610 observerte astronomene David Fabricius og sønnen Johannes flekker gjennom teleskoper. David publiserte en beskrivelse i juni 1611 . Galileo Galilei viste solflekker til astronomer i Roma, og Schneider observerte dem sannsynligvis i to eller tre måneder. Den påfølgende bitre striden om oppdagelsesprioritet mellom Galileo og Schneider, som ingen av dem kjente til Fabricius' arbeid, var derfor fåfengt.

Solflekker var svært viktige i debatten om solsystemets natur . Solen ble vist å rotere og gjennomgå forandring, i motsetning til læren til Aristoteles . Detaljene i dens klare bevegelse ble ikke lett forklart bortsett fra i Copernicans heliosentriske system .

Utviklingen av en solflekk

Solflekker dukker opp, vokser, endrer dimensjoner og utseende og forsvinner deretter etter å ha eksistert etter en eller to solrotasjoner, det vil si i en eller to måneder, selv om halveringstiden deres er omtrent to uker.

De vises vanligvis i par. Først observeres en lys formasjon, facula , og deretter en pore , et mellomrom mellom granuleringen av fotosfæren som begynner å mørkne. Dagen etter er det allerede en liten flekk, mens det i tvillingporen noen grader unna dukker opp enda en flekk. Noen dager senere har begge flekkene det karakteristiske utseendet: en mørk sentral region kalt skyggen med temperaturer rundt 2500 K og 20 % av fotosfæren skinner, omgitt av et gråaktig område med filamentært utseende, penumbra , med temperaturer rundt 3300 K og lysstyrke 75 % av fotosfæren. De lyse og mørke filamentene har en radiell retning. Penumbra-granulat er også forlenget i størrelse fra 0,5" til 2" og deres levetid er mye lengre enn vanlige granuler fra 40 minutter til 3 timer. Sammen med disse to hovedflekkene vises andre mindre. Alle flekkene har sine egne bevegelser med hastigheter på opptil hundrevis av kilometer i timen. Gruppen av flekker når sin maksimale kompleksitet rundt den tiende dagen.

De to hovedflekkene i hver gruppe oppfører seg som om de var polene til en enorm og kraftig magnet siden det mellom dem er et magnetfelt med en intensitet mellom 0,2 og 0,4  T mens jordas magnetfelt har en intensitet på bare 0,05 mT. Stedet vest for solen kalles ledende og det øst for solen kalles drevet. I nesten alle grupper er aksen mellom de to flekkene ikke i øst-vest retning, men snarere er den ledende flekken nærmere ekvator på begge halvkuler.

Det er observert at i lave høyder er det en flyt av materie fra skyggen til penumbra med en hastighet på 2000  m/s ( Evershed-effekten ) og fra utsiden til innsiden i høyere høyder som kromosfæren (omvendt Evershed-effekt).

Flekkklassifisering

McIntoch-ordningen har erstattet Zürich-ordningen i klassifiseringen av flekker. Det brukes en trebokstavskode som beskriver klassen til flekkgruppen (enkel, dobbel, kompleks), penumbral utvikling av hovedflekken og gruppens kompakthet. Bokstaven A er reservert for porer. De fleste av disse når bare stadium B. Flekkene som utvikler seg når sitt største område etter ti dager og begynner deretter å utarte seg slik at følgeflekken vanligvis forsvinner først. Mount Wilson - skjemaet brukes til å beskrive magnetfeltet som kan være enkelt, bipolar eller komplekst.

Solflekker og solrotasjon

Måling av bevegelsen av solflekker på skiven har gjort det mulig for oss å utlede at solen har en rotasjonsperiode på omtrent 27 dager. Ikke all sola roterer med samme hastighet, siden den ikke er et stivt legeme, så ved ekvator er perioden 25 dager, ved 40° breddegrad er den 28 dager og ved polene er den enda lengre. Dette er kjent som differensiell rotasjon.

Variasjon av solaktivitet

Antall solflekker har blitt målt siden 1700 og det er anslag fra 11 000 år siden. Den siste trenden er stigende fra 1900 til 1960 -tallet .

Heinrich Schwabe var den første som observerte den sykliske variasjonen i antall solflekker mellom 1826 og 1843 og førte til at Rudolf Wolf foretok systematiske observasjoner fra 1848 . Forsinkelsen med å gjenkjenne denne periodisiteten til solen skyldes den svært uvanlige oppførselen til solen på 1600-tallet . Ulvetallet er et uttrykk som kombinerer individuelle solflekker og grupper av solflekker og som tillater tabulering av solaktivitet.

Wolf studerte også den historiske rekorden i et forsøk på å etablere en database med tidligere sykliske variasjoner. Han etablerte en database over syklusen frem til 1700 . Bortsett fra 11-årssyklusen, er eksistensen av en syklus på ca. 80 år verifisert, hvorav halvparten antallet flekker er betydelig høyere enn den andre halvparten.

Wolf etablerte en database over syklusen frem til 1700 , selv om teknologien og teknikkene for nøye solobservasjoner allerede var tilgjengelig i 1610 . Gustav Spörer mente at grunnen til at Wolf ikke klarte å forlenge syklusen var at det var en 70-års periode mellom 1640 og 1715 da solflekker sjelden ble observert. Historiske solflekkregistreringer indikerer at etter oppdagelsen i 1611 var det to maksima med 30 års mellomrom, og deretter falt aktiviteten til et veldig lavt nivå rundt 1640 og forble slik til 1715, da vi har gjenopprettet syklusen slik vi kjenner den.

Betydningen av fraværet kunne ikke forstås fordi etter oppdagelsen av solflekker var det 34 års aktivitet og deretter 70 uten, hvem skulle si hva som var normalt? Solflekkforskning var i dvale på 1600- og begynnelsen av 1700-tallet på grunn av Maunder -minimumet hvor ingen solflekker var synlige; men etter gjenopptakelsen av solaktiviteten oppdaget Heinrich Schwabe i 1843 periodisk elleve års endring i antall solflekker.

Edward Maunder i 1895 og 1922 gjorde nøye studier for å oppdage at problemet ikke var mangelen på observasjonsdata, men det faktiske fraværet av flekker. For å gjøre dette, la han til tabellen fraværet i den samme perioden av polare nordlys som alltid er knyttet til syklusene av solaktivitet. Nordlysene som er normale på de britiske øyer og i Skandinavia forsvant i løpet av de 70 årene med inaktivitet, slik at da de dukket opp igjen i 1715, skapte de beundring og forferdelse i København og Stockholm .

Siden solflekker er mørkere, er det naturlig å anta at flere solflekker betyr mindre solinnstråling. Områdene rundt er imidlertid lysere og den samlede effekten er at flere solflekker er forbundet med en lysere sol. Variasjonen er liten (i størrelsesorden 0,1%) og ble kun etablert ved satellittmålinger av solvariasjon fra 1980- tallet . Under Maunder Minimum var det unormalt kalde vintre og kraftig snøfall, som dokumentert av historiske opptegnelser. Jorden kunne ha avkjølt nesten 1 K.

I 1920 gjorde Douglas banebrytende arbeid med datering av treringer. Han observerte en generell syklisk trend i veksthastighet hvert ett til annet tiår. Da han studerte skog fra andre halvdel av 1600-tallet, observerte han fraværet av periodisitet. Douglas leste Maunders artikkel i 1922 og skrev for å informere ham om funnet.

Treringer demonstrerer denne avkjølingen da de er tynnere i kalde perioder og viser unormalt høye konsentrasjoner av radioaktivt karbon ( 14 C). Denne spesielle typen karbon produseres høyt over jordens atmosfære av kosmisk stråling fra galaksen . Vi vet at under et solminimum, skjermer solens magnetfelt i mindre grad jorden mot kosmisk stråling som igjen får karbon-14- nivåene til å stige. [ 2 ] Det har blitt antydet at noen av istidene var et resultat av lengre perioder med mangel på solaktivitet.

Utvikling av flekker i en syklus: sommerfugldiagram

Alle solflekker vises på begge halvkuler på breddegrader fra 5° til 40°. Solaktivitet skjer i sykluser på omtrent elleve år. Punktet med høyeste solaktivitet i løpet av denne syklusen er kjent som solmaksimum , og punktet med lavest aktivitet er kjent som solminimum . I begynnelsen av en syklus har solflekker en tendens til å dukke opp på høyere breddegrader (omtrent 40°), og når syklusen nærmer seg, vises dets maksimale flekker oftere og på lavere breddegrader (nær ekvator), til maksimum er nådd. Mens dette skjer, vises de første flekkene i neste syklus på en breddegrad på omtrent 40°. Dette kalles Spörers lov .

I dag er det kjent at det er flere perioder i solflekkindeksen ( Ulvetallet ), hvorav den viktigste har en gjennomsnittlig varighet på 11 år. Denne perioden sees også i de fleste andre uttrykk for solaktivitet og er dypt knyttet til en variasjon i solens magnetfelt som endrer polaritet med denne perioden.

George Ellery Hale forener magnetiske felt og solflekker for å gi en moderne forståelse av utseendet til solflekker. Hale foreslo at solflekksyklusperioden er 22 år, og dekker to reverseringer av det solmagnetiske dipolfeltet. Horace W. Babcock foreslo senere en kvalitativ modell for dynamikken til de ytre sollagene. Babcock-modellen forklarer oppførselen beskrevet av Spörers lov, så vel som andre effekter, på grunn av magnetiske felt som blir vridd av solens rotasjon.

Opprinnelsen til solflekker

I flekkene er det et magnetfelt med en intensitet på 0,3 T. Selv om detaljene i solflekkens skapelse fortsatt er et spørsmål om forskning, er det ganske tydelig at solflekkene er det synlige aspektet av røret av magnetisk fluks som dannes under fotosfære . I dem er trykket og tettheten lavere og av denne grunn stiger de og avkjøles. Når kraftrøret bryter overflaten av fotosfæren, vises facula , som er et område som er 10 % lysere enn resten. Ved konveksjon er det en strøm av energi fra det indre av solen. Magnetrøret er vridd ved differensiell rotasjon . Hvis spenningen i rørfluksen når en viss grense, knekker magnetrøret som en gummistrikk. Overføringen av energistrømmen fra solens indre hemmes, og med den temperaturen på overflaten. Deretter vises to flekker med motsatt magnetisk polaritet på overflaten på punktene der kraftrøret kutter fotosfæren.

Nyere satellittobservasjoner ( SOHO ) ved hjelp av lydbølger som beveger seg gjennom solens fotosfære gjør at det kan dannes et detaljert bilde av den indre strukturen til solflekker, under hver solflekk dannes det en roterende virvel , dette får dem til å konsentrere magnetfeltlinjene. Solflekker oppfører seg på noen måter som orkaner på jorden.

Flekkene vises vanligvis i bipolare grupper hvis komponenter har motsatte magnetiske polariteter. Zeeman -effekten , som består av en splitting av spektrallinjene på grunn av magnetfeltet, har gjort det mulig å beregne intensiteten til magnetfeltet i flekkene og i sentrum kan det være noen tideler av en tesla.

Antallet solflekker følger en syklus på omtrent 11 år på slutten av hvilken polariteten til flekkene og solen er reversert fra nord-sør og sør-nord. Dermed er solens magnetiske periode 22 år.

Wilson-effekten forteller oss at solflekker faktisk er fordypninger foran solens overflate.

Observasjon av flekkene av amatører

Solflekker er lett å se selv med et lite teleskop ved projeksjon. I noen tilfeller (solnedganger) kan solflekker sees med det blotte øye. Det bør bemerkes at solens stråler kan forårsake alvorlig skade på øynene (inkludert permanent blindhet). Du bør aldri se direkte på solen: den kan forårsake permanent skade på netthinnen, selv før du merker noen skade. Det er best å projisere bildet av solen på en skjerm. Det er også gyldig å bruke et solfilter , men det må være et mylarfilter som dekker hele objektivet til teleskopet og ikke bare okularfilteret, da sistnevnte blir veldig varmt og kan gå i stykker spontant.

Forholdet mellom solflekker og terrestriske fenomener

Det er gjort forsøk på å relatere den 11-årige solflekksyklusen til sykliske fenomener på jorden, som klimavariasjoner , perioder med regn og tørke , variasjon i daglengde. Vi har allerede sett en klar sammenheng mellom vekst av treringer og solaktivitet. Bortsett fra dette, ser de få slike korrelasjonene som er rimelig pålitelige ut til å skyldes små variasjoner i den totale energifluksen som sendes ut av solen og enorme magnetiske forstyrrelser som kan påvirke vår øvre atmosfære. Dette kan påvirke jordens klima.

Klarere er forholdet til tilstanden til ionosfæren . Dette kan bidra til å forutsi forplantningsforhold for kortbølge- eller satellittkommunikasjon. Man kan derfor snakke om romvær .

Bemerkelsesverdige hendelser

Se også

Referanser

  1. ^ a b Temple, Robert KG (oktober 1988). "Oppfinnelser og funn av en eldgammel sivilisasjon" . The Mail . Hentet 2012-11-25 . 
  2. ^ "Solaktivitet rekonstruert over et årtusen" . ethz.ch (på engelsk) . Hentet 20. januar 2021 . 

Eksterne lenker