2012: Keine Killer Solar Flare

Wir könnten 2012 ein riesiges Feuerwerk erleben. Einige Vorhersagen gehen davon aus, dass das Sonnenmaximum von Solar Cycle 24 noch energetischer ist als das letzte Sonnenmaximum in den Jahren 2002-2003 (erinnern Sie sich an all die rekordverdächtigen Fackeln der X-Klasse?). Solarphysiker freuen sich bereits über diesen nächsten Zyklus und neue Vorhersagemethoden werden sinnvoll eingesetzt. Aber sollten wir uns Sorgen machen?

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Nach einem der vielen Doomsday-Szenarien, die uns im Vorfeld des von der Maya-Prophezeiung befeuerten „End of the World“ im Jahr 2012 vorgestellt wurden, basiert dieses Szenario tatsächlich auf wissenschaftlichen Erkenntnissen. Darüber hinaus besteht möglicherweise eine gewisse Korrelation zwischen dem 11-jährigen Sonnenzyklus und den Zeitzyklen im Maya-Kalender. Vielleicht hat diese alte Zivilisation verstanden, wie sich der Magnetismus der Sonne alle zehn Jahre oder so ändert? Darüber hinaus besagen religiöse Texte (wie die Bibel), dass wir einen Tag des Gerichts mit viel Feuer und Schwefel verbringen müssen. Es sieht also so aus, als würden wir am 21. Dezember 2012 von unserem nächsten Stern lebendig geröstet!

Machen Sie einen Schritt zurück und überlegen Sie, bevor wir zu Schlussfolgerungen gelangen. Wie die meisten der verschiedenen Arten, wie die Welt 2012 untergehen wird, ist die Möglichkeit, dass die Sonne eine riesige, erdschädigende Sonneneruption ausstößt, für die Weltuntergangsjäger da draußen sehr attraktiv. Aber schauen wir uns an, was wirklich während eines erdgerichteten Sonneneruptionsereignisses passiert. Die Erde ist tatsächlich sehr gut geschützt. Obwohl einige Satelliten möglicherweise nicht…

Die Erde hat sich in einer hochradioaktiven Umgebung entwickelt. Die Sonne feuert ständig energiereiche Partikel von ihrer magnetisch dominierten Oberfläche als Sonnenwind ab. Während des Sonnenmaximums (wenn die Sonne am aktivsten ist) hat die Erde möglicherweise das Pech, mit der Energie von 100 Milliarden Atombomben in Hiroshima-Größe auf den Lauf einer Explosion zu starren. Diese Explosion ist als Sonneneruption bekannt, deren Auswirkungen hier auf der Erde Probleme verursachen können.

Bevor wir uns die Nebenwirkungen auf der Erde ansehen, werfen wir einen Blick auf die Sonne und verstehen kurz, warum sie etwa alle 11 Jahre so wütend wird.

Der Sonnenzyklus

In erster Linie hat die Sonne eine natürlich Zyklus mit einem Zeitraum von ca. 11 Jahren. Während der Lebensdauer jedes Zyklus werden die Magnetfeldlinien der Sonne durch Differenzialrotation am Sonnenäquator um den Sonnenkörper gezogen. Dies bedeutet, dass sich der Äquator schneller dreht als die Magnetpole. Währenddessen zieht Solarplasma die Magnetfeldlinien um die Sonne und verursacht Stress und einen Energieaufbau (Eine Illustration davon ist abgebildet). Mit zunehmender magnetischer Energie bilden sich Knicke im Magnetfluss, die sie an die Oberfläche zwingen. Diese Knicke sind als koronale Schleifen bekannt, die in Zeiten hoher Sonnenaktivität zahlreicher werden.

Hier kommen die Sonnenflecken ins Spiel. Während weiterhin koronale Schleifen über der Oberfläche auftauchen, erscheinen auch Sonnenflecken, die sich häufig an den Schleifenfußpunkten befinden. Koronale Schleifen bewirken, dass die heißeren Oberflächenschichten der Sonne (Photosphäre und Chromosphäre) beiseite geschoben werden und die kühlere Konvektionszone freigelegt wird (die Gründe, warum die Sonnenoberfläche und -atmosphäre heißer als das Sonneninnere sind, sind auf das Phänomen der koronalen Erwärmung zurückzuführen). . Während sich magnetische Energie aufbaut, können wir erwarten, dass immer mehr magnetische Flüsse zusammengedrückt werden. Dies ist der Fall, wenn ein Phänomen auftritt, das als magnetische Wiederverbindung bekannt ist.

Die Wiederverbindung ist der Auslöser für Sonneneruptionen verschiedener Größen. Wie bereits berichtet, sind Sonneneruptionen von „Nanoflares“ bis zu „X-Class Flares“ sehr energetische Ereignisse. Zugegeben, die größten Fackeln erzeugen genug Energie für 100 Milliarden Atomexplosionen, aber lassen Sie sich von dieser riesigen Zahl nicht beunruhigen. Diese Fackel tritt zunächst in der niedrigen Korona direkt in der Nähe der Sonnenoberfläche auf. Das ist fast 100 Millionen Meilen entfernt (1AU). Die Erde ist der Explosion nicht nahe.

Da die solaren Magnetfeldlinien eine große Menge an Energie freisetzen, wird das Solarplasma beschleunigt und in der magnetischen Umgebung eingeschlossen (Solarplasma besteht aus überhitzten Partikeln wie Protonen, Elektronen und einigen Lichtelementen wie Heliumkernen). Während die Plasmapartikel interagieren, können Röntgenstrahlen erzeugt werden, wenn die Bedingungen stimmen und Bremsstrahlung ist möglich. (Bremsstrahlung tritt auf, wenn geladene Teilchen interagieren, was zu einer Röntgenemission führt.) Dies kann eine Röntgenfackel erzeugen.

Das Problem mit Röntgen-Sonneneruptionen

Das größte Problem bei einer Röntgenfackel besteht darin, dass wir kaum gewarnt werden, wenn Röntgenstrahlen mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden (eine der rekordverdächtigen Sonneneruptionen von 2003 ist links abgebildet). Röntgenstrahlen einer Fackel der X-Klasse erreichen die Erde in etwa acht Minuten. Wenn Röntgenstrahlen auf unsere Atmosphäre treffen, werden sie in der äußersten Schicht, der Ionosphäre, absorbiert. Wie Sie dem Namen entnehmen können, handelt es sich um eine hoch geladene, reaktive Umgebung voller Ionen (Atomkerne und freie Elektronen).

Während starker Sonnenereignisse wie Fackeln nehmen die Ionisationsraten zwischen Röntgenstrahlen und atmosphärischen Gasen in den Schichten der D- und E-Region der Ionosphäre zu. In diesen Schichten kommt es zu einem plötzlichen Anstieg der Elektronenproduktion. Diese Elektronen können den Durchgang von Funkwellen durch die Atmosphäre stören, kurzwellige Funksignale (im Hochfrequenzbereich) absorbieren und möglicherweise die globale Kommunikation blockieren. Diese Ereignisse werden als „plötzliche ionosphärische Störungen“ (SIDs) bezeichnet und treten in Zeiten hoher Sonnenaktivität häufig auf. Interessanterweise erhöht die Zunahme der Elektronendichte während einer SID die Ausbreitung des VLF-Radios (Very Low Frequency), ein Phänomen, mit dem Wissenschaftler die Intensität der von der Sonne kommenden Röntgenstrahlen messen.

Koronale Massenauswürfe?

Röntgenstrahlungsemissionen sind nur ein Teil der Geschichte. Wenn die Bedingungen stimmen, kann an der Stelle der Fackel ein koronaler Massenauswurf (CME) erzeugt werden (obwohl beide Phänomene unabhängig voneinander auftreten können). CMEs sind langsamer als die Ausbreitung von Röntgenstrahlen, aber ihre globalen Auswirkungen hier auf der Erde können problematischer sein. Sie bewegen sich vielleicht nicht mit Lichtgeschwindigkeit, aber sie bewegen sich immer noch schnell; Sie können mit einer Geschwindigkeit von 3,2 Millionen km / h (2 Millionen Meilen pro Stunde) fahren, was bedeutet, dass sie uns in wenigen Stunden erreichen können.

Hier wird viel Aufwand in die Vorhersage des Weltraumwetters gesteckt. Wir haben eine Handvoll Raumschiffe, die zwischen Erde und Sonne am Erde-Sonne-Lagrange sitzen (L.₁) Zeigen Sie mit Sensoren an Bord, um die Energie und Intensität des Sonnenwinds zu messen. Sollte ein CME seinen Standort passieren, können energetische Partikel und das interplanetare Magnetfeld (IWF) direkt gemessen werden. Eine Mission namens Advanced Composition Explorer (ACE) befindet sich im L.₁ Punkt und bietet Wissenschaftlern bis zu einer Stunde im Voraus Informationen über die Annäherung eines CME. ACE arbeitet mit dem Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) und dem Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO) zusammen, sodass CMEs von der unteren Korona in den interplanetaren Raum durch das L verfolgt werden können₁ zeige auf die Erde. Diese Solarmissionen arbeiten aktiv zusammen, um Weltraumagenturen vorab über ein erdgesteuertes CME zu informieren.

Was ist, wenn ein CME die Erde erreicht? Zunächst hängt vieles von der magnetischen Konfiguration des IWF (von der Sonne) und dem Erdmagnetfeld der Erde (der Magnetosphäre) ab. Im Allgemeinen ist es sehr wahrscheinlich, dass das CME von der Magnetosphäre abgestoßen wird, wenn beide Magnetfelder mit Polaritäten ausgerichtet sind, die in die gleiche Richtung zeigen. In diesem Fall gleitet das CME an der Erde vorbei und verursacht Druck und Verzerrung auf der Magnetosphäre, geht aber ansonsten problemlos vorbei. Wenn sich die Magnetfeldlinien jedoch in einer antiparallelen Konfiguration befinden (d. H. Magnetische Polaritäten in entgegengesetzten Richtungen), kann an der Vorderkante der Magnetosphäre eine magnetische Wiederverbindung auftreten.

In diesem Fall verschmelzen der IWF und die Magnetosphäre und verbinden das Erdmagnetfeld mit dem der Sonne. Dies ist der Schauplatz eines der beeindruckendsten Ereignisse in der Natur: der Aurora.

Satelliten in Gefahr
Während sich das CME-Magnetfeld mit dem der Erde verbindet, werden hochenergetische Partikel in die Magnetosphäre injiziert. Aufgrund des Sonnenwinddrucks werden sich die Magnetfeldlinien der Sonne um die Erde falten und hinter unseren Planeten fegen. Die Partikel, die am „Tag“ injiziert werden, werden in die polaren Regionen der Erde geleitet, wo sie mit unserer Atmosphäre interagieren und Licht als Auroren erzeugen. Während dieser Zeit wird der Van-Allen-Gürtel auch „aufgeladen“, wodurch eine Region um die Erde entsteht, die ungeschützten Astronauten und ungeschützten Satelliten Probleme bereiten kann. Weitere Informationen zu den Schäden, die Astronauten und Raumfahrzeugen zugefügt werden können, finden Sie unter „Strahlenkrankheit, Zellschäden und erhöhtes Krebsrisiko für Langzeitmissionen zum Mars" und "Neuer Transistor könnte Raumstrahlungsproblem seitwärts treten.”

Als ob die Strahlung des Van-Allen-Gürtels nicht ausreichen würde, könnten Satelliten der Gefahr einer wachsenden Atmosphäre erliegen. Wie zu erwarten ist, wird es unvermeidlich sein, dass die Sonne mit Röntgenstrahlen und CMEs auf die Erde trifft, was zu einer unvermeidlichen Erwärmung und globalen Ausdehnung der Atmosphäre führt und möglicherweise in die Höhe der Satellitenorbitale eindringt. Wenn diese Option nicht aktiviert ist, kann ein Aerobraking-Effekt auf Satelliten dazu führen, dass diese langsamer werden und in der Höhe abfallen. Aerobraking wurde ausgiebig als Raumfahrt eingesetzt Werkzeug Raumfahrzeuge zu verlangsamen, wenn sie in die Umlaufbahn um einen anderen Planeten eingeführt werden. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf Satelliten aus, die die Erde umkreisen, da eine Verlangsamung der Geschwindigkeit dazu führen kann, dass sie wieder in die Atmosphäre gelangen.

Wir spüren auch die Auswirkungen auf den Boden

Obwohl Satelliten an vorderster Front stehen, können wir auch hier unten auf der Erde die nachteiligen Auswirkungen spüren, wenn ein starker Anstieg energetischer Partikel in die Atmosphäre gelangt. Aufgrund der Röntgenstrahlung von Elektronen in der Ionosphäre können einige Kommunikationsformen uneinheitlich werden (oder alle zusammen entfernt werden), aber dies ist nicht alles, was passieren kann. Insbesondere in Regionen mit hohen Breitengraden kann sich durch diese ankommenden Partikel ein großer elektrischer Strom, der als „Elektrojet“ bezeichnet wird, durch die Ionosphäre bilden. Mit einem elektrischen Strom kommt ein Magnetfeld. Abhängig von der Intensität des Sonnensturms können hier unten am Boden Strömungen induziert werden, die möglicherweise die nationalen Stromnetze überlasten. Am 13. März 1989 verloren sechs Millionen Menschen in der kanadischen Region Quebec Strom, nachdem ein enormer Anstieg der Sonnenaktivität einen Anstieg der bodenbedingten Strömungen verursachte. Quebec war neun Stunden lang gelähmt, während die Ingenieure an einer Lösung des Problems arbeiteten.

Kann unsere Sonne eine Killer-Fackel erzeugen?

Die kurze Antwort darauf lautet „Nein“.

Die längere Antwort ist etwas komplizierter. Während eine Sonneneruption von außerhalb der Sonne, die direkt auf uns gerichtet ist, sekundäre Probleme wie Satellitenschäden und Verletzungen ungeschützter Astronauten und Stromausfälle verursachen kann, ist die Fackel selbst nicht stark genug, um die Erde zu zerstören, schon gar nicht im Jahr 2012. Ich wage zu sagen, in In der fernen Zukunft, in der der Sonne der Treibstoff ausgeht und sie zu einem roten Riesen anschwillt, könnte es eine schlechte Zeit für das Leben auf der Erde sein, aber wir haben ein paar Milliarden Jahre Zeit, um darauf zu warten. Es könnte sogar die Möglichkeit geben, dass mehrere Fackeln der X-Klasse abgefeuert werden, und durch reines Pech werden wir möglicherweise von einer Reihe von CMEs und Röntgenstrahlen getroffen, aber keine wird mächtig sein, um unsere Magnetosphäre, Ionosphäre und dicke Atmosphäre darunter zu überwinden.

"Killer" Sonneneruptionen haben wurde auf anderen Sternen beobachtet. Im Jahr 2006 erlebte das Swift-Observatorium der NASA die größte jemals in 135 Lichtjahren Entfernung beobachtete Sternfackel. Es wird geschätzt, dass eine Energie von 50 Millionen freigesetzt wurde Billion Atombomben, die II-Pegasi-Fackel, haben das meiste Leben auf der Erde ausgelöscht, wenn unsere Sonne Röntgenstrahlen von einer Fackel dieser Energie auf uns abgefeuert hätte. Unsere Sonne ist jedoch nicht II Pegasi. II Pegasi ist ein gewalttätiger roter Riesenstern mit einem binären Partner in einer sehr engen Umlaufbahn. Es wird angenommen, dass die Gravitationswechselwirkung mit seinem binären Partner und die Tatsache, dass II Pegasi ein roter Riese ist, die Hauptursache für dieses energetische Flare-Ereignis ist.

Weltuntergangsjäger weisen auf die Sonne als mögliche Quelle für Erdkiller hin, aber die Tatsache bleibt, dass unsere Sonne ein sehr stabiler Stern ist. Es hat keinen binären Partner (wie II Pegasi), es hat einen vorhersehbaren Zyklus (von ungefähr 11 Jahren) und es gibt keine Beweise dafür, dass unsere Sonne in der Vergangenheit über eine riesige, auf die Erde gerichtete Fackel zu einem Massensterben beigetragen hat. Es wurden sehr große Sonneneruptionen beobachtet (wie die Carrington-Weißlichtfackel von 1859)… aber wir sind immer noch hier.

In einer zusätzlichen Wendung sind Solarphysiker von der Mangel der Sonnenaktivität zu Beginn dieses 24. Sonnenzyklus, was einige Wissenschaftler zu Spekulationen veranlasst, dass wir möglicherweise kurz vor einem weiteren Maunder-Minimum und einer „kleinen Eiszeit“ stehen. Dies steht in krassem Gegensatz zu der Vorhersage des NASA-Solarphysikers von 2006, dass dieser Zyklus ein „Trottel“ sein wird.

Dies lässt mich zu dem Schluss kommen, dass wir bei der Vorhersage von Sonneneruptionsereignissen noch einen langen Weg vor uns haben. Obwohl sich die Vorhersage des Weltraumwetters verbessert, wird es noch einige Jahre dauern, bis wir die Sonne genau genug ablesen können, um mit Sicherheit zu sagen, wie aktiv ein Sonnenzyklus sein wird. Unabhängig von Prophezeiungen, Vorhersagen oder Mythen gibt es keine physische Möglichkeit zu sagen, dass die Erde getroffen wird irgendein Fackel, geschweige denn eine große im Jahr 2012. Auch wenn uns eine große Fackel getroffen hat, wird es kein Aussterben sein. Ja, Satelliten können beschädigt werden und sekundäre Probleme wie einen GPS-Verlust verursachen (was könnte zum Beispiel die Flugsicherung stören) oder nationale Stromnetze können von Auroral-Elektrojets überfordert sein, aber nichts Extremeres als das.

Aber warten Sie, um dieses Problem zu umgehen, sagen uns die Weltuntergangsjäger jetzt, dass es sich um eine große Sonneneruption handelt werden Wir treffen uns gerade, als das Erdmagnetfeld schwächer wird und sich umkehrt und uns ungeschützt vor den Verwüstungen eines CME zurücklässt. Die Gründe, warum dies 2012 nicht passieren wird, verdienen einen eigenen Artikel. Achten Sie also auf den nächsten Artikel 2012 “2012: Keine geomagnetische Umkehrung“.

Führende Bildnachweise: MIT (Supernova-Simulation), NASA / JPL (Solar Active Region in EUV). Effekte und Bearbeitung: ich selbst.