1. No category

Uvod
Nastanek in vplivi Sonč
Sončevih aktivnosti
Andrej Štern, S57BAJ
Vremenski podatki
(atmosfersko vreme)
Vremenski podatki
(medplanetarno vreme v vesolju)
temperatura zraka (°C)
gostota in energija delcev (cm-3, MeV)
vlažnost zraka (% do nasičene)
magnetna polja in nevihte (nT)
zračni veter s sunki (km/h)
počasni in hitri Sončev veter (km/s)
zračni tlak (hPa, N/m 2)
sevanje energijskih delcev (W/m 2)
toplotno sevanje (W/m2)
radiofrekvenčno sevanje (W/m 2Hz)
UL FE
Laboratorij za telekomunikacije
Andrej.Stern@LTFE.org
Srečanje radioamaterjev ob 55. letnici RK Cerkno, S50E
Vir: ARSO, Hamradio.si
Sorodstvo in razlike
Atmosfersko vreme
2
Sonce - gonilna sila
posledica enakomernega sevanja v
spektru blizu vidne svetlobe
napovedi stanja in posledic imajo
lokalni značaj (regija, država)
verjetnost napovedi relativno visoka
za naslednjih 24 ur
pojavi so v večini kratkotrajni od
nekaj minut do nekaj ur
opazovanje na Zemljini površini in
neposredni okolici je relativno
enostavno, dostopno in izvedljivo
Medplanetarno vreme
posledica energetskih delcev in
energijskih sevanj (npr. X-žarkov)
napovedi in posledice imajo globalni
značaj (npr. osvetljeni del Zem. oble)
Plinasta zvezda v središču našega sončnega sistema
starost: 4,6 milijarde let
ekvatorialni radij: 695.500 km (109x Zemlja)
verjetnost napovedi manjša zaradi
kompleksnosti in številnih neznank
trajanje pojavov od nekaj sekund do
nekaj let
potrebno opazovanje tudi v vesolju,
kar zmanjšuje dostopnost,
izvedljivost in množičnost
oddaljenost Zemlje: 149,6M km = 1 AU
potovanje svetlobe do Zemlje: 8 min 19 s
obkroži center galaksije v cca. 250M let
masa: 1,9891·1030 kg (330.400x Zemlja)
sestava površja
delež mase v osončju: 99,86 %
vodik: 73,46 %, helij: 24,85 %
O 0,77 %, C 0,29 %, Fe 0,16%
energija
jedrska fuzija, 3,86·1020 MW v sekundi
700M ton H -> 695M ton He + energija
Lokacija Sonca znotraj Mlečne ceste
(velikost Sonca ni v merilu)
3
4
Plastna sestava
Izhodiš
Izhodišče dinamič
dinamičnim pojavom
Plasti do površja
Nastanek in anomalije magnetnega polja
visokotlačno jedro (do 0,25R, T = 15M)
krožni prevodni tokovi ionizirane plazme iz konvekcijske plasti do fotosfere
sevalna plast (do 0,7R, T = 8-2M)
skladno gibanje jedra in sevalnega področja do prehodnega pasu
prehodno območje (ω = 27, 25-35 dni)
neenakomernost vrtenja konvekcijske plasti (magnetni dinamo)
konvekcijsko področje (do 1,0R)
fotosfera (do 400km, T = 6K)
Tachocline
Diferencialno vrtenje povzroča mešanje silnic
silnice so razpotegnjene in se z nasprotnimi poli približujejo
Atmosfera
kromosfera (do 3000 km, T = 20K)
prehodno območje (gravitacija - mag. sile)
korona (od 10.000km naprej, T = 1-10M)
Zunanji deli
heliosfera (balon, ki se širi stran od sonca)
heliopavza (zaustavitev pri 130-150 AU)
ω = A + B sin 2 (ϕ ) + C sin 4 (ϕ )
Stopinje
Polna rotacija (dni)
0 (Ekvator)
24.468
15
24.751
30
25.710
45
27.547
60
30.224
75
32.961
5
6
Menjava magnetnih polov
Mirno obdobje
Geo. sever
severni in južni magnetni pol sta ločena
v ekvatorialni ravnini obstaja tanek sloj širine 10.000 km
zavit vzorec širjenja v medplanetarni prostor (Arhim. spirala)
J
Geo. jug
določitev cikla z zaporednim indeksom
prvi indeks pripada obdobju let 1755-1766
povprečno trajanje periode 10,4883 let
Nizka aktivnost 24. cikla
Mesečno povprečno število SSN
proces menjave magnetnih polov
Opazovanje pojava sega v začetek našega štetja
S
Aktivno obdobje
Sonč
Sončevi cikli
Primerjava ciklov 21, 22, 23 in 24
J
magnetne silnice segajo v vse smeri
bližnje silnice nasprotnih smeri z močnimi električnimi polji
pospešujejo elektrone in protone do območij nekaj keV
J
21 - 1976/06, trajanje 10 let 3 mesece
S
22 - 1986/09, trajanje 9 let 8 mesecev
23 - 1996/05, trajanje 12 let 6 mesecev
24 - 2008/12, pozen začetek
S
Sep. 2012 napoved:
vrh cikla jeseni 2013 SN = 75
Umiritev po zamenjavi polov
vzpostavi se urejeno stanje silnic
J
intenzivnost mirnega obdobja
S
Pričakovan vrh
jeseni 2013
Vir: http://www.nwra.com/spawx/ssne-cycle2324.html
Število mesecev od začetka cikla
7
Vir: http://www.solen.info/solar/cyclcomp.html, http://solarscience.msfc.nasa.gov/predict.shtml
Indikacija aktivnega obdobja
Pojavne oblike Sonč
Sončeve aktivnosti
Sončeve pege - temna področja v fotosferi
močnejša lokalna magnetna dejavnost
zavrta konvekcija iz konvekcijskega področja
nižanje temperature na 4500 °C do 5000 °C
premikanje peg po Sončevi fotosferi skozi cikel
premer peg sega od 15.000 km do 150.000 km
vzdolžno proti ekvatorju po velikosti rastejo
pege vidimo največkrat v parih in skupinah
Metuljev diagram premikov izvornih mest peg tekom cikla
ti
pro
rju
ato
ekv
Čas potovanja
2 - 4 dni
3.
2.
2-5 dnevno
1,5 - 3 dni
magnetni učinki (indukcija)
spremembe ionosfere (lomni kol.)
ne-masni izvori (EMG spekter)
Proton. izbruh
1 tedensko
15 min - 6 ur
1.
Blišči X-žarkov
1-10 dnevno
radijske motnje
8,3 min
Radijski izbruh
7 dnevno
8,3 min
spremembe ionosfere (lomni kol.)
V letih 1996-2006 je bilo proti Zemlji usmerjenih le 5,37% CME
Razdalja 150M km = 1 AU
Fotosfera
Udarni val
Korona
potovanje mase po spirali
ukloni odvisni od hitrosti
potovanje tudi več dni
Solarni veter,
CME, protoni
Sonce
radijske motnje
neposreden vpad
alarmiranje v primeru
Energijski žarki
Radijske motnje
Radiacijski pas
Magnetosfera
vnaprej ni mogoče
9
10
Meritve posledic pojavov
Pogostost
stalno
Koron. izbruh CME
zaznanega dogodka
Vir: http://www.petermeadows.com/html/location.html
masni izvori (plazma)
Model širjenja pojavov
UV
posnetek
Sončeve
pege
Tip pojava
Sončev veter
Osnovna delitev
8
Izbruhi radijskih signalov
Problem
Sonce je izvor radijskega šuma (AWGN)
magnetosfera predstavlja ščit
stalno prisoten tihi šum iz ozadja
ionosfera predstavlja vmesni sloj
počasi spremenljiv šum s periodami ciklov
atmosfera predstavlja motnjo
kratkotrajni radijski izbruhi velikih razsežnosti
Meritve na satelitih
v bližini Zemlje
LEO: RHESSI, PICARD, Hinode
GEO: SDO (2010)
prepozno za proženje alarmov
odlično za napovedovanje dogodkov
v medplanetarnem prostoru
v točki L1: ACE, SOHO
okoli Sonca na 1AU: STEREO A in B
eliptično okoli Zemlje: WIND
Naziv
Lokacija
Merjeni pojavi in instrumenti
WIND
el. okoli Zemlje
plazma, protoni, mag. polje
ACE
Frekvenčna odvisnost
ravnovesje L1
plazma, protoni, mag. polje
SOHO
ravnovesje L1
kamere in teleskopi
od mesta izbruha (plast Sončeve atmosfere)
STEREO
1 AU ob Soncu
kamere in teleskopi
od procesa nastanka (elektroni, udarni val, oblak)
SDO
Geos. 102° W
kamere in teleskopi
Hinode
Sinhr. 600 km
kamere in teleskopi
od načina potovanja (po vijačnici, zavorno)
PICARD
Sinhr. 725 km
kamere in teleskopi
od trajanja potovanja (frekvenca preletov)
RHESSI
Sinhr. 560 km
kamere in teleskopi
Stereo-A
Stereo-B
1AU
U
1A
1AU
Zemlja
11
Obnašanje izbruha
odvisno od tipa
I, II, III, IV, V
U, J, N, RS, DCIM
Področje atmosfere
Izvor (MHz)
Spodnja kromosfera
15.400, 8.800
Srednja kromosfera
4.995, 2.695
Zgornja kromosfera
1.415, 610, 410
Spodnja korona
245
Zgornja korona
25 do 75
12
Primeri radijskih izbruhov
Tipa I in IV
Klasifikacija vplivov radijskih izbruhov
Tipa II in III
Merilo: Sončevi blišči
tip I: hitro padanje 2 MHz/s
tip II:padanje frek. z razdaljo od izvora
izbruhi “mehkih” X-žarkov trdote 0,1-0,8 nm
tip IV: dolgotrajni širokopasovni šum
tip III:najhitrejši, 20 MHz/s
rekordni izbruh 4. novembra 2003: X28+
močan izbruh vpliva na nižje plasti atmosfere
I > = 10-4
GLE, ionizacija absorpcijske D-plasti
X-ray flux
W·m -2
Average Frequency
(1 cycle=11 years)
10-5
2000 per cycle
(950 days per cycle)
R2
Moderate
HF Radio : Limited blackout of HF radio communication on sunlit side,
loss of radio contact for tens of minutes
5x10-5
350 per cycle
(300 days per cycle)
Effect
R3
Strong
HF Radio : Wide area blackout of HF radio communication, loss of radio
contact for about an hour on sunlit side of Earth.
10-4
175 per cycle
(140 days per cycle)
R4
Severe
HF Radio : HF radio communication blackout on most of the sunlit side
of Earth for one to two hours. HF radio contact lost during this time.
10-3
8 per cycle
(8 days per cycle)
R5
Extreme
HF Radio : Complete HF radio blackout on the entire sunlit side of the
Earth lasting for a number of hours. This results in no HF radio contact
with mariners and en route aviators in this sector.
2x10-3
Less than
1 per cycle
14
mreža RSTN (angl. Radio Solar Telescope Network) od 245 MHz do 15,4 GHz
normalo za meritev predstavlja indeks F10,7 na λ = 10,7 cm oz. f = 2,8 GHz
osnovno merilno enoto predstavlja 1 SFU = 10-22 Wm-2Hz-1 oz. 10.000 Jy
10-5 < = I < 10-4
X
Primer bliš
blišča in izbruha CME 12.7.2012
10-6 < = I < 10-5
M
13
Radijski teleskopi
I < 10-6
C
HF radio : Weak or minor degradation of HF radio communication on
sunlit side, occasional loss of radio contact.
Meritve radijskega šuma
B
R1
Minor
Level
Vir: Paul Harden, NA5N, FDIM Dayton 2005
Vršna vrednost (W/m2)
Razred
X1.4 Flare on 7/12/2012 @ 16:52 UTC - Sunspot 1520
nam najbližja teleskopa sta v Trstu (občasno dosegljiv) in San Vito
tipična meritev se izvaja ob opoldanskem času, vrednost < 100 SFU
meritev SFU sovpada s pojavom Sončevih peg
Mesto
RSTN
Lok.
RSTN
Čas.
pas
11.7.05
16:36 U
6.12.06
19:30 U
San Vito
(Italija)
40,40N
17,43E
UTC
+1
99.852
SFU
večer
(ni pod.)
Sagamore
Hill (ZDA)
42,38N
70,49W
UTC
-5
2.256
SFU
139.086
SFU*
Palehua
(Havaji/ZDA)
21,24N
158,06W
UTC
-10
2.093
SFU
131.593
SFU*
Learmonth
(Avstralija)
22,13S
114,60E
UTC
+8
noč
(ni pod.)
noč
(ni pod.)
Arecibo – Portoriko
A major and long duration eruption reaching X1.4 around Sunspot 1520 peaked at 16:52 UTC Thursday afternoon. Type II
and IV Sweep Frequency Events were recorded. This event was also responsible for a Strong R3 Radio Blackout on the
sunlit side of Earth. A Coronal Mass Ejection was also produced and looks to be Earth directed.
* zgornja meja RSTN, ocenjeno > 1.000.000 SFU
15
Prikaz potovanja CME 12.7.2012
Izbruh: 12.7.12 16:53 UTC Prihod: 14.7.12 9:17 UTC
Trajanje poti: 40,4 h Hitrost: 1031 km/s, 3,7M km/h
16
Odzivi medijev
Vir: http://www.swpc.noaa.gov/wsa-enlil/
17
Vir: http://www.rtvslo.si/znanost-in-tehnologija/
18
Odzivi ionosfere na Sonč
Sončeve aktivnosti
Dodatna ionizacija atomov in molekul v ionosferi
elektroni pod vplivom EM valov oscilirajo kot dipoli z isto frekvenco
oscilacije plazme lahko obstajajo le do določene meje prožnosti (fp) plazme
kritična frekvenca (fc= fp)
5 MHz ponoči in 12 MHz podnevi
1000
ponoči
podnevi
minimum peg
maksimum peg
800
800
najvišja uporabna frekvenca (MUF)
vpadni kot (MUF ~ 3 fp)
gostota e- (MUF ~ N1/2)
plasti ionosfere (EMUF = 1.6 FMUF)
200
absorpcija v plasteh D (tudi E)
100
F2
F
h(km)
150
F1
E
E
podnevi 5 MHz, ponoči pod 100 kHz
80
komunikacijsko okno MUF-LUF
60
izbruh X-žarkov povzroči dodatno ionizacijo slojev E/F
takoj po dogodku dodatna ionizacija sloja F omogoči boljšo odbojnost
nižanje εr in n
nižanje R
400
najnižja uporabna frekvenca (LUF)
Izraba dogodkov
počasna
višja koncentracija elektronov poveča prevodnost ionosfere
D
hitrost rekombinacije narašča
hitra
Zanimivosti propagacije pri dogodkih
102
103
104
105
106
107
traja do sončnega zahoda, boljše razmerje signal/šum, še posebej v minimumih
dogodki redko prizadenejo področja pod 10 MHz
po umiritvi geomagnetne nevihte se magnetosfera umiri
12-24 ur nižjega šuma za delo na 40M – 160M
Trajanje dogodkov
močan izbruh X-žarkov z blokado KV traja redko več kot 1h
problematične so geomagnetne nevihte ob prihodu CME
višanje MUF
101
možno odpiranje višjih frekvenčnih področij (MUF) za nekaj ur
trdi žarki >30 keV trajajo 1-2 min, mehki < 10 keV več kot uro
generator šuma na KV področju v obliki statičnih razelektritev
6. 12. 2006
22 MHz, Tip II
Val 2230 km/s
e/cm 3
19
20
Povzetek vplivov na področ
področja KV
Druge posledice Sonč
Sončevih aktivnosti
Časovni potek radijske in geomagnetne nevihte (podnevi)
MUF višji, odlično za
komunikacijo do večera
MUF še vedno višji
t+36 do 48: prihod CME
geomagnetna nevihta
znaten porast šuma
možna blokada bližje S/J
t+60 do 72: umiritev
ohromitev VN omrežja za več kot 6 milijonov ljudi
električna železnica (Švedska, 07/1982)
postavitev vseh semaforjev na “rdeče” na 45 km progi
inducirani tokovi (GIC) v signalizaciji 4-5V/km
letalstvo (polarni leti, pogosto ob večjih izbruhih)
pričakovano 5-7 dogodkov letno s trajanjem 2-3 dni
izguba KV komunikacije in navigacije
kvarni vplivi na elektroniko (obrnjen bit vsake 2-3 ure)
povečano škodljivo sevanje potnikom
22
Koristne spletne strani
Telekomunikacije
Zbirka raznih podatkov – priporočljivo
pojavi na telegrafskih linijah (1880)
http://www.spaceweather.com
prekinitev telefonskega omrežja
http://www.swpc.noaa.gov/today.html
http://www.okroglovreme.com/wxspacewx.php
http://www.solarham.net/
http://www.hamqsl.com/shortcut.html
http://http://spidr.ngdc.noaa.gov/spidr/home.do
v S Ameriki in Angliji (1958)
odpovedi in napake satelitov
GOES-4, Marecs-B, Telstar 401
Navigacija
lociranje GPS (ionosfera in šum)
pogreški pri geodetskih meritvah
magnetna navigacija
močan tok naelektrenih delcev inducira tokove
21
Druge posledice Sonč
Sončevih aktivnosti
dobri šumni pogoji
Vir: Paul Harden, NA5N, FDIM Dayton 2005
distribucija električne energije (Kanada 03/1989)
Promet
t+16: naslednji dan
Električna omrežja
dvig ionizacije, povečan
MUF, povečan šum
t+30: šum se umiri
t+0: pojav izbruha (blišča)
dodatni naključni pogrešek
Klimatske razmere
skladno toplotno sevanje
Maunderjev minimum 1645-1715
Slikovna gradiva
http://sohowww.nascom.nasa.gov/
http://www.solarstorms.org/
http://helioviewer.org/
Merilne postaje (samogradnja)
23
http://solar-center.stanford.edu/SID/sidmonitor/
24