Solar Cycle 24:Midlifecrisis van een zonnecyclus?

Jan Janssens - 26 november 2011

Wat is de zon?• Een gemiddelde ster

– Dichtst bij de aarde• 149.597.870 km (1 A.E.)

– Zeer groot• 1.392.000 km

– Zeer heet• Oppervlakte: 5.500 °C• Inwendig: 15 miljoen °C

– Plasma• Geladen deeltjes

– Magnetisme

• Differentiële rotatie– Polen roteren trager dan aan

evenaar

2

Zonnevlekken

• Ondiepe depressies in de fotosfeer door magnetische storingen die het opstijgen van heet gas uit het zonne-inwendige verhindert

• Temperatuur– Umbra: 3500°C– Penumbra: 4200°C

3

Zonnevlekken• Magneetveld

– 3000* sterker dan ongestoorde fotosfeer– Bipolair

• Tegengestelde polariteit

4

ZonnevlekkenDe Halloweengroepen (Okt-Nov 2003)

5http://sohowww.nascom.nasa.gov/gallery/Movies/sunspots.html

Het zonnevlekkengetal

• R = 10.g + f, – met g het # groepen, en f het # vlekken

• 1700-heden– Tot 1749: slechts jaarlijkse waarden– Officieel: vanaf 1749

• Dagelijks vanaf 1849

– Rudolf Wolf => “Wolfgetal”• Zonnevlekkengetal (SSN)• Verschillende waarnemers

– Actueel: Locarno (SIDC)

6

De zonnecyclus

Rmax: 117 +/- 42

Tmax: 51 +/- 13

D: 132 +/- 16 maand

De zonnecyclus werd in 1843 ontdekt door Heinrich Schwabe 8

Zonneactiviteit

05 06 9615 11 9613 04 9716 10 9715 04 9820 10 9808 04 9920 10 9926 04 0001 10 0023 04 0114 10 0118 04 0222 10 0204 04 0324 10 0318 04 0417 10 0405 04 0511 09 0515 04 0622 10 0626 03 0710 10 0713 04 0817 10 0821 04 0929 09 09

9

De zonnedynamo• Zonnevlekkencylus

– +/- 11 jaar

• Vlinderdiagram• Wet van Joy

– Helling bipolaire groepen neemt toe met de breedte

• Polariteitswet van Hale– Magnetische cyclus

• 22 jaar

• Magnetische velden aan de zonnepolen– Wisselen om tijdens

cyclusmaximum

10

Magnetische zonnecyclus

11

Zonnedynamo

http://www.iiap.res.in/meet/chandra/Chandra_files/arnab_invited.pdf http://www.physics.iisc.ernet.in/~bidya_karak/APSPMiia.pdf

13

http://www.hao.ucar.edu/research/siv/siv_dynamo.php

Zonnedynamo

http://svs.gsfc.nasa.gov/search/Series/SolarDynamo.html

http://www.iiap.res.in/meet/chandra/Chandra_files/arnab_invited.pdf http://www.physics.iisc.ernet.in/~bidya_karak/APSPMiia.pdf

14

Zonne-uitbarstingen

15

13 December 2006NOAA 0930 – X3,4

http://solar-b.nao.ac.jp/news_e/20061213_flare_e.shtml 16

Bastille Day Event14 Juli 2000 – X5,7

17

Het ruimteweer– …alle omstandigheden op

de zon en in de zonnewind, magnetosfeer, ionosfeer en thermosfeer die de prestaties en de betrouwbaarheid van technologische systemen in de ruimte en op grond kunnen beïnvloeden en die een gevaar kunnen betekenen voor het menselijk leven of de gezondheid.

NSWP

18

RuimteweerInvloed van zonne-uitbarstingen

Wat Wanneer Parameter Bescherming

Straling (X-ray) t0R1 (licht) => R5 (extreem)M1 => > X20 Aardatmosfeer

Proton storm 15-120 min S1 (licht) => S5 (extreem)Pfu (>10MeV): 10 => 105 Magneetveld Aarde

Geomagnetische storm (CME) 20-72 uur G1 (licht) => G5 (extreem)

Kp = 5 => Kp = 9 Magneetveld Aarde

http://www.swpc.noaa.gov/NOAAscales/

20

Invloed van zonne-uitbarstingenRadio Black-outs

21

Effect van Protonstormen

22

Geomagnetische StormPoollicht

Terje Sørgjerd https://plus.google.com/107543460658107759808#107543460658107759808/posts

23

Geomagnetische StormAndere effecten

http://www.ofcm.gov/risk/presentations/day%201/1_intro_obj/fc_welcome_intro_obj_updated.ppt

24

De voorspelling van een nieuwe zonnecyclus

“The game of the decennium”

45 voorspellingsmethoden voor SC24

26

3 soorten methodes• Statistische methoden (27)

– Gemiddelden, periodiciteiten, even/oneven,….– Oorzaak zonnecyclus volledig onbekend– Vrij grote onzekerheid

• Gemengde methoden (9)– Koppelen van statistiek aan (geomagnetische) fysische

parameter– Enkel een aanwijzing over reële oorzaak zonnecyclus– Voorzichtig met interpretatie

• Fysische methoden (9)– Zonnemagnetisme: plasmastromen, zonnedynamo,…– Nieuw

– Dienen zich nog te bewijzen27

Statistische methoden• Gemiddelde voorgaande

zonnecycli– Talrijke variaties en

parameters

• Fourier-analyse– Gleisberg,…

• Neurale netwerken– Zelflerende modellen

• Niet-lineaire modellen– SC = quasi-periodiek

verschijnsel28

Gemengde methoden• De nieuwe cyclus uit zich

in de voorgaande SC– Precursor-technieken

• Geomagnetische storingen – Coronale gaten

• Hathaway (2006)– Intense SC24– Maar:

• Te fel afgeglad• Foutief maximum

– Okt-Nov 2003» Halloween-groepen

– Matige SC2429

Fysische methodenFlux Transport Dynamo

• Hoge diffusie van magnetische velden– Diffusietijd ~ 5 jaar

• Choudhuri, Nandy,…– SC24 Max = 80 +/- 20

• Directe meting– Sterkte polaire magn. velden

• Svalgaard• Schatten (ondiepe dynamo)

– VVS WG Zon (poolfakkels)• SC24 Max = 75 +/- 15

• Lage diffusie van magnetische velden– Diffusietijd ~ 200 jaar– “Magnetisch geheugen”

• Dikpati, Gilman,…– SC24 Max = 170 +/-20

30

• Meeste statistische methoden voorspellen middelmatig maximum• Meeste fysische methoden voorspellen laag maximum• Zwakke kamp vs. Sterke kamp

– Zwakke kamp hecht veel belang aan magnetische velden aan de zonnepolen + hoge diffusie magnetische velden

– Sterke kamp hecht meer belang aan precursortechnieken van meerdere voorgaande zonnecycli + lage diffusie magnetische velden

31

SC24 Prediction PanelApril 2007

32

Verloop van SC24Het afgelopen zonneminimum

33

Verloop van SC24Het afgelopen zonneminimum

• Zeer lang en zeer diep– R<20: Jan 06 – Okt 10– Rmin = 1,71

• Dec 08 = SCMin• SC23: 151 maand!

• Veel vlekkenloze dagen– 817 dagen (tot Aug 11)

• ~ 100 jaar geleden– Zwakke cycli

– 2008 & 2009• Top 5 van jaren met meeste

vlekkenloze dagen (sinds 1849)

34

Verloop van SC24Het afgelopen zonneminimum

• Ook andere parameters– Geomagnetisch, Zonnewind,

Radioflux, “Zonneconstante”,…– Laag, maar niet ongewoon

• Vlekken verschijnen op normale breedte– Zuidelijk halfrond +/- 1 jaar

achter op noordelijk

• Zonneuitbarstingen– Slechts 3 C-flares tussen Mei

08 en Jun 09…

35

SC24 Prediction PanelMei 2009

• Dikpati– Meridionale circulatie tot aan de polen

• Vertraagde de start van de nieuwe SC• Behoud van hoog SC24-maximum 36

Op weg naar een nieuw Maunderminimum?...

• Periode van 1645-1715 (Eddy, 1976)– Zo goed als geen zonnevlekken

• Vrij plots begin, geleidelijke herstel

– Bevestigd door Hoyt & Schatten (1996)• 68% van dagen waargenomen

– Slechts op 2% van deze dagen waren er zonnevlekken– Meestal op het zuidelijke halfrond

37

MaunderMinimum

DaltonMinimum

Livingston & Penn

Lagere magnetische veldsterkte => Hogere temperatuur umbra => zonnevlekken moeilijker zichtbaar

Verdwijnen de zonnevlekken tegen 2015?

Livingston & PennPro & Contra

• Contra– Beperkt # wrn.– Dalende tak SC23– Lineaire extrapolatie?

• Bv. 1980: 5000 Gauss!

• Pro– Verhouding Radioflux/SSN

• Leif Svalgaard

– Percolatietheorie• Schatten (2007)• Hinode wrn.!

39

Wat kan dit betekenen voor SC24?SC23 SC24

40

Verloop van SC242010: Langzame stijging

41

Verloop van SC242010: Langzame stijging

• Meestal kleine groepen• Eerste M-flare

– M2,3 op 19 Jan 10• Laatste: 25 Mar 08…

– 2010: totaal 23 M-flares

• Eerste proton flare– 14 Aug 2010; 14 pfu

• C4 in NOAA 1093

• Veel erupties van fila-menten/protuberansen– Armada aan

zonnesatellieten?...42NOAA 1117 - 550 MH - 19 Oct-01 Nov 2010

Verloop van SC242010: Langzame stijging

43

Complexe globale uitbarsting01 augustus 2010

44

Complexe globale uitbarsting01 augustus 2010

45

Verloop van SC24Jan-Apr 2011

46

Verloop van SC24Jan-Apr 2011

• Plotse toename in SSN– 29,6 in Feb => 55,8 in Mar

• Niet uitzonderlijk

• Afgegladde toename SSN– Jul/Aug 10: 1,07– SC24 Max: 78 +/- 20

• Onzekerheid!

• Eerste X-flares van SC24– 15 Feb; X2,2; NOAA1158

• 1524 dagen geleden– 14 Dec 06; X1,5; NOAA0930

– 09 Mar; X1,5; NOAA116647

NOAA 1158

48

X2,2-flare van 15 Feb 11

49

X2,2-flare van 15 Feb 11

50

http://sidc.oma.be/news/133/welcome_nl.html

http://sdowww.lmsal.com/sdomedia/ssw/ssw_client/data/ssw_service_110214_180206_66803/www/

X1,5-flare van 09 Mar 11GONG – Arizona (back-up station)

51

Indrukwekkende CME’sMeestal van de aarde weggericht

52

M3,7 – NOAA1164 – 07 Mar 11 – 20:12UTKleine geomagnetische storingen (Kp=5) op10-11 Maart 2011

Verloop van SC24Mei-Jul 2011 – Pauze…

54

Verloop van SC24Mei-Jul 2011 – Pauze…

• Afgeglad SSN voor Januari 2011 (30,27)– SC24 Max: 83 +/- 18

• Mei 2013 +/- 10 maanden• Geen nieuw Dalton-minimum

55

Meeting van de AAS/Solar Physics DivisionLas Cruces, New Mexico, USA – 12-16 Juni 2011

• Zon op weg naar een winterslaap? (1/3)– Livingston, Penn, Svalgaard

• Sterkte B in zonnevlekken met 500 Gauss gedaald in laatste decennium

• Als trend zich verderzet:– Geen zonnevlekken meer tegen +/- 2020-2025

56

Meeting van de AAS/Solar Physics DivisionLas Cruces, New Mexico, USA – 12-16 Juni 2011

• Zon op weg naar een winterslaap? (2/3)– Dick Altrock

• “Rush to the poles” (nog) niet ingezet– Laat SC24-maximum => mogelijk ook zwak

57

Meeting van de AAS/Solar Physics DivisionLas Cruces, New Mexico, USA – 12-16 Juni 2011

• Zon op weg naar een winterslaap? (3/3)– Rachel Howe & Frank Hill

• Jetstream SC25 nog niet aanwezig– Zeer late en zeer zwakke SC25

58

De grote zonne-uitbarsting van 07 Juni 2011SDO/AIA & SOHO/C2

60

http://www.thesuntoday.org/current-observations/a-spectacular-event-a-filamentprominence-eruption-to-blow-your-socks-off/

NASA/Goddard Space Flight Center - http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a010800/a010801/

De grote zonne-uitbarsting van 07 Juni 2011PROBA2 & STEREO

61

http://www.stce.be/news/Press/137/welcome.html http://sohowww.nascom.nasa.gov/pickoftheweek/old/10jun2011/

Verloop van SC24Aug-Nov 2011

62

Verloop van SC24Aug-Nov 2011

• Belangrijke toename in activiteit– Niet ongewoon– SC24 Max eerder 83+18 dan 83-18

63

Zonneactiviteit 15 Juli-12 Nov 2011

64

5 grootste groepen van SC24

65

YY MM DD NOAA Long Lat Elong Area Class Flare

2011 11 4 11339 102 19 -45 1540 Super X1

2011 9 24 11302 282 12 -47 1300 Super X1

2011 3 12 11166 91 9 52 770 Big X1

2011 3 5 11164 165 24 34 770 Big M3

2011 8 4 11263 301 17 18 720 Big X6

Grote, Super en Reuzegroepen

66

NOAA 11339 – 04 Nov 111540 MH

NOAA 10486 – 29 Okt 032610 MH

NOAA 5395 – 17 Mar 893600 MH

Grwch 1488603 – 08 Apr 474380 MHc

Verloop van SC24Aug-Nov 2011

• Toename in aantal zonneuitbarstingen– SC24 dusver: 123 M en 8 X-flares

67

Top 10 sterkste flares in SC24

68

Timing X-ray Proton (pfu)Radio (sfu)

Ha Location NOAA McIntoshArea (MH)

CMESpeed (km/s)

Transit ap/kp

09/08:05 Aug 11 X6,9 26 710 2B N17W69 1263 Ekc 450 Yes 1000 - -15/01:56 Feb 11 X2,2 Enhanced 1300 - S--W-- 1158 Ekc 450 Yes - 71h40m 48/506/22:20 Sep 11 X2,1 Enhanced 740 2B N14W18 1283 Eai 200 Halo 800 62h23m 67/624/09:40 Sep 11 X1,9 35* 660 2B N12E60 1302 Ekc 840 Yes 400 50h35m 94/803/20:27 Nov 11 X1,9 Enhanced? 620 2B N22E63 1339 Ekc 1400 Yes - - -07/22:38 Sep 11 X1,8 - 1300 3B N14W28 1283 Dai 230 Halo 541 38h12m 67/609/23:23 Mar 11 X1,5 - - 2B N08W09 1166 Ekc 630 No - - -22/11:01 Sep 11 X1,4 35 970 2N N13E78 1302 Eki 480 Yes 1392 - -04/03:57 Aug 11 M9,3 96 720 2B N19W36 1261 Dki 300 Halo 1500 41h58m 179/830/02:09 Jul 11 M9,3 - 180 SF N--E-- 1261 Dai 300 No - - -

Zonne-uitbarstingenX6,9 – 09 augustus 2011 – NOAA1263

69

Zonne-uitbarstingenX1,8 – 07 september 2011 – NOAA1283

70

Zonne-uitbarstingenX1,4 & M3,7 – 22&25 september 2011 – NOAA1302

71

Aurorae september-oktober 2011

73

ISS – 17 september 2011 – Madagascar & Noord Australië Maksim Braude – 26 september 2011 - Rusland

Lakefxnet – 24 oktober 2011- Michigan, USA Stephen Locke – 24 oktober 2011 – Kansas, USA

How to train your dragon – Romantic Flight – John Powell

Wat heeft SC24 nog te bieden?SSN-maximum eerste helft 2013 (83+/- 18)

74

Wat heeft SC24 nog te bieden?Grote, super en reuzegroepen

• Voor een SC24-maximum van 83:– 34 grote, 12 super en 3 reuzegroepen– Ook na het maximum (dalende tak)

75

Wat heeft SC24 nog te bieden?M- en X-flares

• Voor een SSN-maximum van 83:– 713 M en 88 X-flares

• Tot 06 Nov 11: 123 M en 8 X-flares

76

77