Sinds mensen ongeveer 400 jaar geleden voor het eerst zonnevlekken konden waarnemen, gebruiken we ze om de zonnecyclus te definiëren. Ongeveer elke 11 jaar neemt zonneactiviteit zoals zonnevlekken en zonnevlammen af ​​en toe, wat leidt tot veranderingen in weerpatronen op aarde en soms een bedreiging vormt voor de telecommunicatie. Het betrouwbaar voorspellen van deze veranderingen kan iedereen helpen, van boeren tot militairen.

Traditioneel gebruiken wetenschappers het concept van een "zonneminimum", wanneer de zonneactiviteit wordt verminderd, om het begin van elke cyclus te markeren. Maar het "zonneminimum"-kader is enigszins willekeurig en onnauwkeurig, legt Robert Leamon uit, onderzoekswetenschapper bij het Partnership for Heliophysics and Space Environment Research (PhaSER), een UMBC-partnerschap met NASA.

Leamon heeft nieuw onderzoek geleid waaruit blijkt dat een "zonneklok" die is gebaseerd op het magnetische veld van de zon, in plaats van op de aanwezigheid of afwezigheid van zonnevlekken, veel belangrijke veranderingen tijdens de zonnecyclus nauwkeurig kan beschrijven en voorspellen. Het nieuwe raamwerk biedt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de traditionele zonnevlekkenmethode, omdat het jaren van tevoren pieken in gevaarlijke zonnevlammen of veranderende weertrends kan voorspellen.

In het bijzonder het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Frontiers in Astronomy and Space Sciences , laat zien dat de zonnecyclus werkt als een afzonderlijke opeenvolging van gebeurtenissen. Opmerkelijke en soms abrupte veranderingen treden op bij elk een vijfde van een cyclus. Dat is waar, ongeacht de exacte lengte van een bepaalde cyclus, die kan variëren van enkele maanden tot een jaar. In een knipoog naar muziekliefhebbers noemen Leamon en collega's het een 'cirkel van kwinten'.

De oriëntatiepunten vinden

Het nieuwe artikel van Leamon en collega's Scott McIntosh, bij het National Center for Atmospheric Research (NCAR), en Alan Title, bij het Lockheed Martin Advanced Technology Center, bouwt voort op het werk van Leamon, McIntosh en Daniel Marsh, ook bij NCAR, gepubliceerd in 2020. Dat artikel toonde het bestaan ​​aan van een zonnecyclusfenomeen dat het onderzoeksteam 'de terminator' noemde.

Het magnetische veld van de zon verandert elke zonnecyclus van richting, maar er is overlap tussen opeenvolgende cycli. Het magnetische veld van de zon wordt soms het poolveld genoemd omdat het ofwel naar een van de polen van de zon of naar de andere wijst. Een terminator geeft aan wanneer het poolveld van de vorige cyclus volledig van het oppervlak van de zon is verdwenen en snel wordt gevolgd door een dramatische toename van de zonneactiviteit.

Het nieuwe artikel wijst op extra oriëntatiepunten tijdens de reis door een volledige zonnecyclus van terminator tot terminator. Deze oriëntatiepunten zijn duidelijker en consistenter dan het gebruik van zonnevlekken als richtlijn voor de fietslengte. Bijvoorbeeld:"Het maximale aantal zonnevlekken komt niet helemaal overeen met wanneer het poolveld omkeert, maar de omkering van het poolveld vindt plaats in precies een vijfde van de cyclus van terminator naar terminator", zegt Leamon.

Bij tweevijfde van een cyclus vormen donkere gebieden die "polaire coronale gaten" worden genoemd, opnieuw aan de polen van de zon. Bij drievijfde van een cyclus vindt de laatste X-flare plaats, een klasse van zeer grote en potentieel gevaarlijke zonnevlammen. Bij viervijfde zijn er minimaal zonnevlekken, maar dit herkenningspunt is minder consistent. En dan gaat de zon door een andere terminator, waarna de zonneactiviteit snel weer oppikt. Andere fenomenen, zoals UV-emissies, sluiten ook mooi aan op de kwinten.

Symptomen en oorzaken

Het team koos patronen uit in gegevens die dagelijks werden verzameld door twee observatoria op de grond. Het Dominion Radio Astrophysical Observatory in Penticton, Canada heeft sinds 1947 dagelijks de zonnestraling gemeten, die als een nuttige proxy voor zonneactiviteit dient. Het Wilcox Solar Observatory aan de Stanford University heeft sinds 1975 dagelijkse metingen van magnetische velden op het oppervlak van de zon verzameld.

Toen het team de veranderingen opmerkte die zich voordoen bij precies een vijfde van een cyclus, vroegen ze:"Hoeveel verschillende zonne-dingen kunnen we bekijken? En toen realiseerden we ons dat ze allemaal overlappen op dezelfde set van vijfden", zegt Leamon. Verschillende parameters verschuiven op verschillende punten van de cyclus, maar "alles is verbonden met deze vijf oriëntatiepunten."

Deze nieuwe theorie van een zonneklok verandert de focus van zonnevlekken naar verschuivingen in het magnetische veld. "Het is bijna als symptomen en oorzaken", zegt Leamon. Hoewel zonnevlekken een belangrijk symptoom zijn, is het magnetische veld de onderliggende oorzaak van de zonnecyclus.

De langste discussies

Deze verschuiving in het kader verbetert het vermogen van onderzoekers om gebeurtenissen in de zonnecyclus nauwkeuriger en verder van tevoren te voorspellen, wat mensen zoals satellietoperators de tijd geeft om voorbereidingen te treffen als dat nodig is op basis van voorspelde zonneactiviteit. Zodra observatoria een initiële polaire veldomkering detecteren, wordt de precieze lengte van het eerste vijfde van de cyclus bepaald. Dat betekent dat de timing van de andere kwinten (en de bijbehorende gebeurtenissen) een kwestie van vermenigvuldigen is.

Het nieuwe kader stelt ook strengere grenzen aan de periode binnen de cyclus waarin ernstige uitbarstingen worden verwacht, wat nuttige informatie is voor mensen op aarde. In plaats van een geleidelijke verschuiving van minimale naar maximale activiteit, lijkt de periode van terminator tot ongeveer drievijfde van een cyclus de piekperiode voor opflakkeringen, met een snelle afname daarna tot de volgende terminator. De huidige cyclus begon na een terminator in december 2021 en het nieuwe raamwerk voorspelt dat de laatste grote uitbarstingen medio 2027 zullen plaatsvinden.

Leamon verwijst naar een citaat van natuurkundige Richard Feynman om de waarde uit te leggen van een theorie als deze, die veel variabelen binnen een systeem verklaart:"De natuur gebruikt alleen de langste draden om haar patronen te weven, zodat elk klein stukje van haar stof onthult de organisatie van het hele tapijt," zei Feynman. De nieuwe theorie van Leamon en collega's is een voorbeeld van een van deze lange draden - het voorspellen van vele aspecten van de zonnecyclus met een enkele, eenvoudige parameter, en het gemakkelijker maken voor mensen om klaar te zijn voor veranderingen die worden aangedreven door de zon. + Verder verkennen

Nieuwe zonnevlekkencyclus zou een van de sterkste ooit kunnen zijn, voorspelt nieuw onderzoek