מזג אוויר בחלל, הפרעות רוח סולאריות והתפרצויות רדיו

סולרי wind, the stream of electrically charged particles emanating from the outer atmospheric layer corona of Sun, poses threat to life form and electrical technology based modern human society. Earth’s magnetic field provide protection against the incoming סולרי wind by deflecting them away. Drastic סולרי events like mass ejection of electrically charged plasma from the corona of Sun creates disturbances in the סולרי wind. Therefore, study of disturbances in the conditions of סולרי wind (called מֶרחָב weather) is an imperative. Coronal Mass Ejection (CMEs), also called ‘סולרי storms’ or ‘שטח storms’ is associated with the סולרי רָדִיוֹ bursts. Study of סולרי radio bursts in the radio observatories can give an idea about CMEs and solar wind conditions. The first statistical study (published recently) of 446 recorded type IV radio bursts observed in the last solar cycle 24 (each cycle refers to the change in Sun’s magnetic field every 11 years), have found that the majority of Long Duration Type IV Radio סולרי Bursts were accompanied by Coronal Mass Ejection (CMEs) and disturbances in the solar wind conditions. 

Just the way weather on Earth is affected by the disturbances in the wind, שטח weather’ is affected by the disturbances in the ‘solar wind’. But the similarity ends here. Unlike wind on Earth which is made of air comprising of atmospheric gases like nitrogen, oxygen etc, the solar wind consists of superheated plasma comprising of electrically charged particles like electrons, protons, alpha particles (helium ions) and heavy ions that continuously emanate from the sun’s atmosphere in all directions including in the direction of Earth.   

Sun is the ultimate source of energy to life on Earth hence respected in many cultures as giver of life. But there is other side too. The solar wind, the continuous stream of electrically charged particles (viz. plasma) originating from the solar atmosphere poses threat to the life on Earth. Thanks to Earth’s magnetic field that deflects most of the ionising solar wind away (from the Earth) and the Earth’s atmosphere that absorb most of the remaining radiation thus providing protection from the ionising radiation. But there is more to it – in addition to threat to the biological life forms, solar wind also poses threat to electricity and technology driven modern society. The electronic and computer systems, power grids, oil and gas pipelines, telecom, radio communication including mobile phone networks, GPS, שטח missions and programmes, satellite communications, internet etc. – all these can potentially be disrupted and brought to standstill by disturbances in solar wind¹. אסטרונאוטים וכלי החלל נמצאים בסיכון מיוחד. היו כמה מקרים של זה בעבר, למשל, מרץ 1989 ״בלאקאוט של קוויבק' בקנדה שנגרם עקב התלקחות סולארית מסיבית פגעה קשות ברשת החשמל. גם כמה לוויינים ספגו נזקים. לכן, ההכרח לעקוב אחר תנאי רוח השמש בסביבת כדור הארץ - כיצד המאפיינים שלה כמו מהירות וצפיפות, השדה המגנטי strength and orientation, and energetic particle levels (i.e., שטח weather) will have an impact on life forms and modern human society.  

Like ‘weather prediction’, can ‘שטח weather’ too be predicted? What determines the solar wind and its conditions in the vicinity of Earth? Can any serious changes in שטח weather be known in advance to take pre-emptive actions to minimise damaging impact on Earth? And, why at all does the solar wind form?   

השמש היא כדור של גז טעון חשמלי חם ולכן אין לה משטח מוגדר. שכבת הפוטוספירה מטופלת כפני השטח של השמש מכיוון שזה מה שאנו יכולים לצפות באור. שכבות מתחת לפוטוספירה פנימה לכיוון הליבה אטומות עבורנו. אטמוספירת השמש עשויה משכבות מעל פני השטח של הפוטוספירה של השמש. זוהי הילה הגזי השקופה המקיפה את השמש. נראה טוב יותר מכדור הארץ במהלך ליקוי החמה המלא, לאטמוספירת השמש יש ארבע שכבות: כרומוספרה, אזור מעבר שמש, קורונה והליוספירה.  

Solar wind is formed in corona, the second layer (from outside) of the solar atmosphere. Corona is a layer of very hot plasma. While the temperature of the surface of the Sun is about 6000K, the average temperature of corona is about 1-2 million K. Called ‘Coronal Heating Paradox’, the mechanism and the processes of heating of corona and acceleration of the solar wind to very high speed and expansion into בין פלנטרי שטח is not well understood yet, ² אם כי במאמר שנערך לאחרונה, חוקרים ביקשו לפתור זאת באמצעות פוטונים מקוריים של אקסיון (חלקיק היסודי החומר האפל ההיפותטי). ³.  

Occasionally, huge amount of hot plasma is ejected from corona into the outermost layer of solar atmosphere (heliosphere). Called Coronal Mass Ejections (CMEs), the mass ejections of plasma from corona are found to generate large disturbances in solar wind temperature, velocity, density and בין פלנטרי magnetic field. These create strong magnetic storms in the geomagnetic field of the Earth ⁴. התפרצות פלזמה מהקורונה כרוכה בהאצה של אלקטרונים והאצה של חלקיקים טעונים מייצרת גלי רדיו. כתוצאה מכך, פליטת מסה קורונלית (CME) קשורה גם להתפרצויות של אותות רדיו מהשמש ⁵. לכן, שטח weather studies would involve study of timing and intensity of mass ejections of plasma from the corona in conjunction with the associated solar bursts which is a Type IV radio burst lasting for long-duration (greater than 10 min.).    

התרחשותם של פרצי רדיו במחזורי השמש המוקדמים יותר (המחזור התקופתי של השדה המגנטי של השמש כל 11 שנים) ביחס לפליטות העטרה (CMEs) נחקרה בעבר.  

מחקר סטטיסטי ארוך טווח שנערך לאחרונה על ידי אנשו קומארי et al. שֶׁל אוניברסיטת הלסינקי על פרצי רדיו שנצפו במחזור השמש 24, שופך אור נוסף על הקשר של התפרצויות רדיו ארוכות טווח, בתדר רחב יותר (הנקרא פרצי סוג IV) עם CMEs. הצוות מצא שכ-81% מההתפרצויות מסוג IV עוקבות אחרי פליטות העטרה (CME). כ-19% מהתפרצויות מסוג IV לא לוו ב-CME. בנוסף, רק 2.2% מה-CMEs מלווים בפרצי רדיו מסוג IV ⁶.  

Understanding the timing of type IV long duration bursts and the CMEs in an incremental manner will help in the design and timing of the ongoing and future שטח programs accordingly, so as to lessen the impact of these on such missions and ultimately on the life forms and the civilization on Earth. 

***

הפניות:    

1. White SM.,  nd. Solar Radio Bursts and מֶרחָב Weather. University of Maryland. Available online at https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf ניגש ב-29 ב-Jamaury 2021. 

2. Aschwanden MJ et al 2007. פרדוקס החימום העטרה. The Astrophysical Journal, כרך 659, מספר 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. פתרון בעיית חימום קורונלי באמצעות פוטונים מקור אקסיון. פיזיקה של היקום האפל כרך 31, ינואר 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. פליטת מסה קורונלית והפרעות בפרמטרים של פלזמה של רוח סולארית בקשר עם סופות גיאומגנטיות. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N., 2011. פליטות המוני קורונליות ופליטות רדיו סולאריות. CDAW Data Center NASA. זמין באינטרנט ב https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf נגיש ב-29 בינואר 2021.  

6. Kumari A., Morosan DE., and Kilpua EKJ., 2021. על התרחשותם של פרצי רדיו סולאריים מסוג IV במחזור השמש 24 והקשר שלהם עם פליטות מסות קורונליות. פורסם ב-11 בינואר 2021. The Astrophysical Journal, כרך 906, מספר 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***