Weltraumwetter, Sonnenwindstörungen und Funkausbrüche

Solar Wind, der Strom elektrisch geladener Teilchen, der von der Korona der äußeren Atmosphärenschicht der Sonne ausgeht, stellt eine Bedrohung für die Lebensform und die auf Elektrotechnik basierende moderne menschliche Gesellschaft dar. Das Erdmagnetfeld schützt vor dem Eindringen Solar- Wind, indem er sie abweist. Drastisch Solar- Ereignisse wie der Massenauswurf von elektrisch geladenem Plasma aus der Korona der Sonne verursachen Störungen in der Solar- Wind. Daher ist die Untersuchung von Störungen in den Bedingungen von Solar- Wind (genannt Raumfahrt Wetter) ist zwingend erforderlich. Koronaler Massenauswurf (CMEs), auch „Coronaler Massenauswurf“ genanntSolar- Stürme' oder 'Raum „Stürme“ ist mit dem verbunden Solar- Radio platzt. Studium von Solar- Radioausbrüche in den Radioobservatorien können Aufschluss über CMEs und Sonnenwindbedingungen geben. Die erste statistische Studie (kürzlich veröffentlicht) von 446 aufgezeichneten Typ-IV-Radioausbrüchen, die im letzten Sonnenzyklus 24 beobachtet wurden (jeder Zyklus bezieht sich auf die Änderung des Sonnenmagnetfelds alle 11 Jahre), ergab, dass es sich bei der Mehrzahl um Typ-IV-Radioausbrüche mit langer Dauer handelt Solar Die Ausbrüche gingen mit koronalen Massenauswürfen (Coronal Mass Ejection, CMEs) und Störungen der Sonnenwindbedingungen einher. 

So wie das Wetter auf der Erde durch die Störungen des Windes beeinflusst wird, Raum „Das Wetter“ wird durch die Störungen des „Sonnenwinds“ beeinflusst. Aber die Ähnlichkeit endet hier. Im Gegensatz zum Wind auf der Erde, der aus Luft besteht, die aus atmosphärischen Gasen wie Stickstoff, Sauerstoff usw. besteht, besteht der Sonnenwind aus überhitztem Plasma, das aus elektrisch geladenen Teilchen wie Elektronen, Protonen, Alphateilchen (Heliumionen) und schweren Ionen besteht, die kontinuierlich austreten Sonnenatmosphäre in alle Richtungen, auch in Richtung der Erde.   

Die Sonne ist die ultimative Energiequelle für das Leben auf der Erde und wird daher in vielen Kulturen als Lebensspenderin respektiert. Aber es gibt auch eine andere Seite. Der Sonnenwind, der kontinuierliche Strom elektrisch geladener Teilchen (Plasma), der aus der Sonnenatmosphäre stammt, stellt eine Bedrohung für das Leben auf der Erde dar. Dank des Erdmagnetfelds, das den größten Teil des ionisierenden Sonnenwinds (von der Erde) ablenkt, und der Erdatmosphäre, die den größten Teil der verbleibenden Strahlung absorbiert und so Schutz vor der ionisierenden Strahlung bietet. Aber es steckt noch mehr dahinter: Sonnenwind stellt nicht nur eine Bedrohung für die biologischen Lebensformen dar, sondern stellt auch eine Bedrohung für die strom- und technologiegetriebene moderne Gesellschaft dar. Die elektronischen und Computersysteme, Stromnetze, Öl- und Gaspipelines, Telekommunikation, Funkkommunikation einschließlich Mobilfunknetze, GPS, Raum Missionen und Programme, Satellitenkommunikation, Internet usw. – all dies kann möglicherweise durch Störungen des Sonnenwinds gestört und zum Erliegen gebracht werden¹. Astronauten und die Raumschiffe sind besonders gefährdet. In der Vergangenheit gab es mehrere Fälle davon, zB im März 1989 "Quebec-Blackout"' in Kanada verursacht durch massive Sonneneruption hatte das Stromnetz stark beschädigt. Auch einige Satelliten hatten Schäden erlitten. Daher die Notwendigkeit, die Bedingungen des Sonnenwinds in der Nähe der Erde im Auge zu behalten – wie seine Eigenschaften wie Geschwindigkeit und Dichte, magnetisches Feld Stärke und Orientierung sowie energetische Teilchenniveaus (d. h. Raum Wetter) wird Auswirkungen auf die Lebensformen und die moderne menschliche Gesellschaft haben.  

Wie „Wettervorhersage“ kann „Raum Wetter' auch vorhergesagt werden? Was bestimmt den Sonnenwind und seine Bedingungen in der Nähe der Erde? Kann es zu gravierenden Änderungen kommen? Raum Wetter im Voraus bekannt sein, um vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, um schädliche Auswirkungen auf die Erde zu minimieren? Und warum entsteht überhaupt der Sonnenwind?   

Die Sonne ist eine Kugel aus heißem, elektrisch geladenem Gas und hat daher keine bestimmte Oberfläche. Die Photosphärenschicht wird als Sonnenoberfläche behandelt, da wir diese mit Licht beobachten können. Schichten unterhalb der Photosphäre nach innen zum Kern hin sind für uns opak. Die Sonnenatmosphäre besteht aus Schichten über der Photosphärenoberfläche der Sonne. Es ist der transparente gasförmige Halo, der die Sonne umgibt. Während der totalen Sonnenfinsternis besser von der Erde aus zu sehen, besteht die Sonnenatmosphäre aus vier Schichten: Chromosphäre, Sonnenübergangsregion, Korona und Heliosphäre.  

Sonnenwind entsteht in der Korona, der zweiten Schicht (von außen) der Sonnenatmosphäre. Korona ist eine Schicht aus sehr heißem Plasma. Während die Temperatur der Sonnenoberfläche etwa 6000 K beträgt, beträgt die durchschnittliche Temperatur der Korona etwa 1–2 Millionen K. Der Mechanismus und die Prozesse der Erwärmung der Korona und der Beschleunigung des Sonnenwinds werden als „Koronales Erwärmungsparadoxon“ bezeichnet hohe Geschwindigkeit und Erweiterung in interplanetarisch Raum ist noch nicht ganz verstanden, ² in einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung haben Forscher jedoch versucht, dies mithilfe von Photonen, die aus Axionen (dem hypothetischen Elementarteilchen aus dunkler Materie) stammen, zu lösen ³.  

Gelegentlich werden große Mengen heißen Plasmas aus der Korona in die äußerste Schicht der Sonnenatmosphäre (Heliosphäre) geschleudert. Es wurde festgestellt, dass die Massenauswürfe von Plasma aus der Korona, sogenannte koronale Massenauswürfe (CMEs), große Störungen der Temperatur, Geschwindigkeit, Dichte und des Sonnenwinds verursachen interplanetarisch Magnetfeld. Diese erzeugen starke magnetische Stürme im Erdmagnetfeld der Erde ⁴. Die Eruption von Plasma aus Korona beinhaltet die Beschleunigung von Elektronen und die Beschleunigung geladener Teilchen erzeugt Radiowellen. Infolgedessen werden koronale Massenauswürfe (CMEs) auch mit Ausbrüchen von Funksignalen von der Sonne in Verbindung gebracht ⁵. Deshalb Raum Wetterstudien würden die Untersuchung des Zeitpunkts und der Intensität von Massenauswürfen von Plasma aus der Korona in Verbindung mit den damit verbundenen Sonnenausbrüchen umfassen, bei denen es sich um einen Radioausbruch vom Typ IV handelt, der lange anhält (länger als 10 Minuten).    

Das Auftreten von Radiobursts in den früheren Sonnenzyklen (dem periodischen Zyklus des Sonnenmagnetfeldes alle 11 Jahre) in Bezug auf koronale Massenauswürfe (CMEs) wurde in der Vergangenheit untersucht.  

Eine aktuelle statistische Langzeitstudie von Anshu Kumari et al. von Universität von Helsinki auf Radiobursts, die im Sonnenzyklus 24 beobachtet wurden, wirft ein weiteres Licht auf die Assoziation von lang andauernden Radiobursts mit breiterer Frequenz (so genannte Typ IV Bursts) mit CMEs. Das Team fand heraus, dass etwa 81 % der Typ-IV-Ausbrüche von koronalen Massenauswürfen (CMEs) gefolgt wurden. Ungefähr 19% der Typ-IV-Bursts wurden nicht von CMEs begleitet. Darüber hinaus werden nur 2.2 % der CMEs von Typ-IV-Funkbursts begleitet ⁶.  

Das schrittweise Verständnis des Timings von Langzeitausbrüchen vom Typ IV und der CMEs wird bei der Gestaltung und dem Timing aktueller und zukünftiger Ereignisse hilfreich sein Raum Programme entsprechend anpassen, um deren Auswirkungen auf solche Missionen und letztendlich auf die Lebensformen und die Zivilisation auf der Erde zu verringern. 

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References:    

1. Weiß SM., nd. Sonnenradioausbrüche und Raumfahrt Wetter. Universität von Maryland. Online verfügbar unter https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Zugegriffen am 29. Jamaurer 2021. 

2. Aschwanden MJ et al 2007. Das koronale Erwärmungsparadoxon. The Astrophysical Journal, Band 659, Nummer 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Rusov VD, Sharph IV, et al. 2021. Koronale Erwärmungsproblemlösung mittels Axionursprungsphotonen. Physik des dunklen Universums Band 31, Januar 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. Koronale Massenauswürfe und Störungen in Sonnenwind-Plasmaparametern im Zusammenhang mit geomagnetischen Stürmen. Journal of Physics: Konferenzreihe 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N., 2011. Koronale Massenauswürfe und solare Radioemissionen. CDAW-Datenzentrum der NASA. Online erhältlich unter https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Zugriff am 29. Januar 2021.  

6. Kumari A., Morosan DE. und Kilpua EKJ., 2021. Über das Auftreten von Typ IV Solar Radio Bursts im Sonnenzyklus 24 und ihre Assoziation mit koronalen Massenauswürfen. Veröffentlicht am 11. Januar 2021. The Astrophysical Journal, Band 906, Nummer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

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