In een paar nieuwe papieren, wetenschappers schilderen een beeld van hoe zonnecycli plotseling uitsterven, waardoor mogelijk tsunami's van plasma door het binnenste van de zon razen en slechts een paar weken later de geboorte van de volgende zonnevlekkencyclus veroorzaken.

De nieuwe bevindingen geven inzicht in de mysterieuze timing van zonnevlekkencycli, die worden gekenmerkt door het toenemen en afnemen van zonnevlekkenactiviteit op het zonneoppervlak. Hoewel wetenschappers al lang weten dat deze cycli ongeveer 11 jaar duren, voorspellen wanneer een cyclus eindigt en de volgende begint, was een uitdaging om met enige nauwkeurigheid vast te stellen. Het nieuwe onderzoek zou daar verandering in kunnen brengen.

In een van de onderzoeken die steunt op bijna 140 jaar zonnewaarnemingen vanuit de grond en de ruimte, de wetenschappers zijn in staat om "terminator"-gebeurtenissen te identificeren die duidelijk het einde van een zonnevlekkencyclus markeren. Met een goed begrip van waar u op moet letten in de aanloop naar deze terminators, de auteurs voorspellen dat de huidige zonnecyclus (zonnecyclus 24) in de eerste helft van 2020 zal eindigen, kort daarna de start van de groei van Solar Cycle 25.

In een tweede studie, gemotiveerd door de eerste wetenschappers onderzoeken het mechanisme voor hoe een terminatorgebeurtenis het begin van een nieuwe zonnevlekkencyclus kan veroorzaken met behulp van een geavanceerd computermodel. De resulterende simulaties laten zien dat "zonne-tsunami's" de verbinding kunnen vormen en de opmerkelijk snelle overgang van de zon van de ene cyclus naar de volgende kunnen verklaren.

Beide onderzoeken werden geleid door het National Center for Atmospheric Research (NCAR).

"Het bewijs voor terminators is al meer dan een eeuw verborgen in het waarnemingsverslag, maar tot nu toe, we wisten niet wat we zochten, " zei NCAR-wetenschapper Scott McIntosh, die het High Altitude Observatory van het centrum leidt en aan beide onderzoeken heeft gewerkt. "Door zo'n grote verscheidenheid aan waarnemingen over zoveel jaren te combineren, we waren in staat om deze gebeurtenissen samen te voegen en een geheel nieuwe kijk te bieden op hoe het binnenste van de zon de zonnecyclus aandrijft."

Het onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation, die de sponsor van NCAR is, NASA's Living with a Star-programma, en het Indo-US Joint Networked R&D Center.

Flikkeringen van licht onthullen mysteries

Zonnevlekkencycli worden geboren na het zonneminimum, een periode waarin het gezicht van de zon stil is. Naarmate de cyclus vordert, er komen steeds meer zonnevlekken, verschijnen voor het eerst op ongeveer 35 graden noorderbreedte op beide halfronden en marcheren langzaam naar de evenaar over een decennium voordat ze weer vervagen naar het volgende zonneminimum. Het ruwe middelpunt van deze progressie is het zonnemaximum, wanneer zonnevlekken het meest voorkomen.

Het voorspellen van de timing van de evolutie van zonnevlekken is een belangrijk wetenschappelijk doel, gedeeltelijk omdat de activiteit van zonnevlekken verband houdt met de zonnestormen die de bovenste atmosfeer van de aarde kunnen verstoren en GPS-signalen kunnen beïnvloeden, elektriciteitsnetten, en andere kritische technologieën. Maar dergelijke voorspellingen zijn uitdagend gebleken.

Bijvoorbeeld, de zon bevindt zich momenteel in een zonneminimum. Wetenschappers weten dat de relatieve rust betekent dat de huidige zonnecyclus ten einde loopt, maar het was moeilijk te zeggen of de nieuwe cyclus over een paar maanden of een paar jaar zal beginnen. McIntosh en zijn collega's denken dat hun onderzoek meer duidelijkheid kan geven, zowel in de timing van cycli als ook in wat de cycli zelf aandrijft.

De onderzoekers begonnen met het bestuderen van de beweging van coronale heldere punten - kortstondige flikkeringen van extreem ultraviolet licht in de zonneatmosfeer. Door heldere punten te observeren, die zelfs in de relatieve rust van een zonneminimum voorkomen, de wetenschappers denken dat ze een completer beeld van de zonnecyclus hebben gekregen dan wanneer ze zich alleen zouden concentreren op de activiteit van de zonnevlekken.

De heldere punten verschijnen eerst op hogere breedtegraden dan zonnevlekken (ongeveer 55 graden) en migreren naar de evenaar op ongeveer 3 graden breedtegraad per jaar, na een paar decennia de evenaar bereiken. De paden die door de heldere punten worden gevolgd, overlappen met zonnevlekkenactiviteit op de middelste breedtegraden (ongeveer 35 graden) totdat ze allebei de evenaar bereiken en verdwijnen. Deze verdwijning, die de onderzoekers een terminatorgebeurtenis noemen, wordt zeer kort daarna gevolgd door een grote uitbarsting van lichtpuntactiviteit op de middelste breedtegraden, markeert het begin van de volgende zonnevlekkencyclus.

In de nieuwe studie die terminatorgebeurtenissen identificeert, gepubliceerd in het tijdschrift Zonnefysica , de wetenschappers bevestigen de heldere puntwaarnemingen met een aantal andere waarnemingen van een verscheidenheid aan ruimtevaartuig- en grondobservatiefaciliteiten die zich uitstrekken over 13 zonnecycli.

"We waren in staat om deze terminators te identificeren door te kijken naar gegevens van een hele reeks verschillende metingen van zonneactiviteit - magnetische velden, spectrale straling, radioflux - naast de heldere punten, " zei wetenschapper Bob Leamon van de Universiteit van Maryland, een co-auteur van het artikel die ook onderzoeker is bij NASA's Goddard Space Flight Center. "De resultaten laten zien dat je echt een stap terug moet kunnen doen en alle beschikbare gegevens moet gebruiken om te begrijpen hoe dingen werken - niet slechts één ruimtevaartuig of één observatie of één model."

Tsunami-verbindingen

McIntosh en zijn team hebben vastgesteld dat coronale heldere punten hen in staat stellen de zonnecyclus beter te "zien". Maar waarom begint de zonnevlekkencyclus een paar weken na de terminator op de middelste breedtegraden te stijgen?

De krant over zonne-tsunami's, geleid door NCAR-wetenschapper Mausumi Dikpati en gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , onderzoekt de mogelijke mechanismen achter de waarnemingen. Het suggereert dat coronale heldere punten markeringen zijn voor de beweging van de toroidale magnetische velden van de zon, " die zich om de zon wikkelen als elastiekjes die zich in de oost-west richting uitstrekken en in dezelfde twee decennia langzaam naar de evenaar migreren.

Wanneer deze toroïdale magnetische velden naar de oppervlakte dobberen, ze creëren zonnevlekken samen met de heldere punten die ze al produceerden. Terwijl ze reizen, ze fungeren ook als magnetische dammen, plasma achter hen opsluiten. Wanneer de toroidale magnetische velden van het noordelijk en zuidelijk halfrond van de zon elkaar in het midden raken, hun tegengestelde ladingen veroorzaken hun wederzijdse vernietiging, het vrijgeven van de opgehoopte vloeistof achter hen in een tsunami. Deze vloeistof stroomt naar voren, botst, en dan rimpelt het achteruit, reizen naar de polen met een snelheid van ongeveer 300 meter per seconde.

Terwijl de zonne-tsunami de middelste breedtegraden van de zon bereikt, het ontmoet de toroidale magnetische velden van de volgende cyclus, die al naar de evenaar marcheren (deze progressie wordt gemarkeerd door het pad van coronale heldere punten) maar dieper in het binnenste van de zon reizen. De tsunami versterkt die magnetische velden, ze naar de oppervlakte te tillen en de opmerkelijke golf van heldere punten te produceren - en de bijbehorende zonnevlekactiviteit - die het begin van de nieuwe zonnevlekkencyclus markeert.

"We observeren de zonnevlekkencyclus al honderden jaren, maar het was een raadsel welk mechanisme een signaal van de evenaar kon transporteren, waar de cyclus eindigt, naar de middelste breedtegraden van de zon, waar de volgende cyclus begint, in zo'n relatief korte tijd, ' zei Dikpati.

Als lichaam, het onderzoek biedt een nieuwe manier van denken over de werking van het zonne-interieur die een deel van het conventionele denken over processen op de zon uitdaagt. Of het onderzoek al dan niet op de goede weg is - en onze voorspellende capaciteiten zou kunnen verbeteren - zal binnenkort zijn eerste test krijgen.

Er zijn een aantal instrumenten die bij uitstek geschikt zijn om het onvermijdelijke einde van de huidige zonnecyclus en het begin van de volgende te observeren, volgens de auteurs. Deze omvatten de Parker Solar Probe, die afgelopen augustus werd gelanceerd, het STEREO-A ruimtevaartuig, het Solar Dynamics Observatorium, de Daniel K. Inouye zonnetelescoop, en andere activa.

"In het volgende jaar, we zouden een unieke kans moeten hebben om een ​​terminatorgebeurtenis uitgebreid te observeren terwijl deze zich ontvouwt en vervolgens de lancering van zonnevlekkencyclus 25 te bekijken, " zei McIntosh. "We geloven dat de resultaten, vooral als de terminator arriveert wanneer voorspeld, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in ons begrip van het zonne-interieur en de processen die zonnevlekken creëren en de zonnevlekkencyclus vormgeven."