Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Wetenschappers gebruiken NASA-gegevens om de zonnecorona vóór de zonsverduistering te voorspellen

De moderne samenleving is afhankelijk van een verscheidenheid aan technologieën die gevoelig zijn voor de extremen van het ruimteweer. Deze afbeelding toont een deel van de technologie en infrastructuur die wordt beïnvloed door ruimteweergebeurtenissen. Krediet:NASA's Goddard Space Flight Center

Onze zon is, net als veel andere sterren, versierd met een kroon. Het wordt een corona genoemd (Latijn voor 'kroon' of 'krans') en bestaat uit lange, draadachtige plasmastrengen die uit het oppervlak van de zon golven. Het krachtige magnetische veld van de zon definieert deze strengen, waardoor ze rimpelen en hun structuren voortdurend evolueren. De strengen zijn echter zwak, dus de enige manier om de corona met het blote oog waar te nemen is tijdens een totale zonsverduistering.



In afwachting van de zonsverduistering op 8 april 2024 gebruiken wetenschappers van Predictive Science gegevens van NASA's Solar Dynamics Observatory (SDO) om te voorspellen hoe de kroon van onze zon er die dag uit zou kunnen zien. Bovendien maakt hun model gebruik van de computerinspanningen van NASA's Pleiades Supercomputer om zijn voorspellingen vrijwel in realtime bij te werken. Dit betekent dat het model zijn voorspellingen voortdurend bijwerkt terwijl het gegevens van SDO opneemt, waardoor informatie zo dicht mogelijk bij realtime komt.

De zonnecorona is de buitenste atmosfeer van onze ster. Het “breidt zich uit in de interplanetaire ruimte als de zonnewind”, zegt Jon Linker, president van Predictive Science. Aangedreven door hitte en magnetische turbulentie in de zon, waait deze wind naar de randen van het zonnestelsel.

"Het omhult de planeten," zei Linker, "inclusief de aarde."

Terwijl de aarde en andere planeten baden in coronale uitstroom, reageert hun atmosfeer op de energetische deeltjes en magnetische velden die in de zonnewind worden aangetroffen. Deze reactie, ruimteweer genoemd, kan variëren van mild tot ernstig, net als het weer op aarde. Extreme weersomstandigheden in de ruimte, zoals grote zonne-uitbarstingen die coronale massa-ejecties worden genoemd, kunnen belangrijke communicatietechnologie verstoren, astronauten in een baan om de aarde beïnvloeden of zelfs de elektriciteitsnetten beschadigen waar we allemaal op vertrouwen.

Ruimteweer is een van de meest tastbare effecten van de dynamische buitenkant van de zon, en het maken van nauwkeurige voorspellingen is iets waar wetenschappers naar streven. Volgens Linker helpt het verfijnen van deze zonnemodellen de basis te leggen voor prognoses.

"Als je het pad van een coronale massa-ejectie gaat voorspellen, net als bij een orkaan, is het erg belangrijk om deze nauwkeurigere achtergrond te hebben", zei hij.

De zon bevindt zich in de buurt van de maximale fase van de zonnecyclus, dus het magnetische veld van de zon evolueert snel. Dit voorspellende model wordt vrijwel in realtime bijgewerkt met de nieuwste metingen van het magnetische veld aan het oppervlak. Deze animatie laat zien hoe de zon en de voorspelling in de loop van de tijd evolueren. Krediet:Predictive Science Inc.

SDO en andere zonneobservatoria bieden gedetailleerde inzichten over de corona, maar wetenschappers missen nog steeds essentiële informatie over de krachten die de activiteit ervan aansturen, die nodig is om het uiterlijk van de corona met precisie te voorspellen. "We hebben geen manier om het magnetische veld in de corona nauwkeurig te meten", zegt Emily Mason, onderzoekswetenschapper bij Predictive Science. "Dat is een van de dingen die dit zo uitdagend maakt."

Om hun model te bouwen gebruiken onderzoekers van Predictive Science metingen van het veranderende magnetische veld van de zon aan het zonneoppervlak om hun model vrijwel in realtime aan te sturen. Een sleutel tot deze innovatie was het creëren van een geautomatiseerd proces dat ruwe gegevens van SDO omzet om te laten zien hoe magnetische flux en energie in de loop van de tijd in de corona worden geïnjecteerd. Door deze dynamiek aan het model toe te voegen, kan de corona in de loop van de tijd evolueren, wat kan leiden tot zonne-uitbarstingen.

"We hebben een softwarepijplijn ontwikkeld die de magnetische veldkaarten in zich opnam, alle gebieden uitkoos die van energie moesten worden voorzien, en vervolgens de hoeveelheid energie die aan die gebieden moest worden toegevoegd, nauwkeurig afstemde", zei Mason. Het bouwen van deze automatische pijplijn was een enorme stap voorwaarts voor het team. In eerdere voorspellingen maakte het model gebruik van een statische momentopname van het magnetische veld aan het oppervlak – niet ideaal om de steeds veranderende zon bij te houden, vooral niet tijdens onze huidige verhoogde periode van zonneactiviteit.

Op dezelfde manier legde Mason in iteraties uit 2017 en 2021 uit dat een teamgenoot "letterlijk met de hand tekende welke gebieden op de zon van energie moesten worden voorzien" door extreme ultraviolette activiteit in bepaalde regio's te analyseren. Het voortdurend bijwerken van het magnetische veld staat centraal bij alle veranderingen in het model van dit jaar, en het team heeft hoge verwachtingen van de resultaten.

De herhaling van totale zonsverduisteringen biedt mogelijkheden om de nauwkeurigheid van hun modellen te testen aan de hand van reële omstandigheden en deze dienovereenkomstig bij te werken. "We hebben de eclipsvoorspellingen elke keer gebruikt om iets nieuws met het model te doen", zegt Cooper Downs, een onderzoekswetenschapper bij Predictive Science die de geautomatiseerde modelleringspijplijn orkestreerde. "Ik ben heel benieuwd om de komende twee weken te zien hoe deze voorspelling blijft verbeteren. Ik denk dat het een heel drastisch verschil zal zijn met wat we vroeger konden doen."

Mason deelt zijn enthousiasme.

"De eclips is zo'n fantastische kans om te zeggen:'Kijk hier eens. Dit is hoe we denken dat het eruit zal zien! Wil je hier niet meer over weten?'" zei ze met een grijns. "Het is echt een opwindende kans voor ons om de dingen die ons het hele jaar door enthousiast maken, met iedereen te delen."

Geleverd door NASA