Er solpletterne på vej til at forsvinde? - Aarhus Universitet
Er solpletterne på vej til at forsvinde? - Aarhus Universitet
Er solpletterne på vej til at forsvinde? - Aarhus Universitet
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Er</strong> <strong>solpletterne</strong> på <strong>vej</strong> <strong>til</strong> <strong>at</strong> <strong>forsvinde</strong>?<br />
Michael Lindholm Nielsen<br />
Institut for Fysik og Astronomi, <strong>Aarhus</strong> <strong>Universitet</strong>, Danmark<br />
(D<strong>at</strong>o: 16. juni 2011)<br />
Solens aktivitet giver sig <strong>til</strong> udtryk i antallet af pletter på Solens overflade. Denne aktivitet<br />
varierer i styrke over en 11-årig cyklus, men lige nu er antallet af solpletter stærkt svækket på et<br />
tidspunkt, hvor Solen burde være på <strong>vej</strong> mod et maksimalt aktivitetsniveau. I forbindelse med et<br />
forskningsprojekt har jeg udarbejdet en metode <strong>til</strong> <strong>at</strong> forudsige Solens fremtidige aktivitet og fundet<br />
<strong>at</strong> denne aktivitet vil nå et maksimum efter december 2012.<br />
Man har længe vidst <strong>at</strong> antallet af solpletter varierer over<br />
en 11 års cyklus. Det sidste maksimum forekom i marts<br />
2000 og man vil derfor forvente <strong>at</strong> Solen nu vil være tæt<br />
på et nyt maksimum. Dette har imidlertid vist sig ikke <strong>at</strong><br />
være <strong>til</strong>fældet, idet <strong>solpletterne</strong> har været forsinket i op<br />
mod to år. Derfor vil det næste maksimum formentligt<br />
først indtræffe efter 2013. Samtidig er antallet af pletter<br />
lavere end tidligere cyklusser, så hvad er der sket med<br />
<strong>solpletterne</strong>? <strong>Er</strong> pletterne på <strong>vej</strong> <strong>til</strong> <strong>at</strong> <strong>forsvinde</strong>, som det<br />
var <strong>til</strong>fældet i 1645 - 1715 under det lange Maunder minimum?<br />
For <strong>at</strong> undersøge dette, har jeg i et forskningsprojekt<br />
sammenlignet antallet af solpletfriedage i den indeværende<br />
cyklus mod tidligere solcyklusser og fundet <strong>at</strong><br />
den sidste pletfrie dag vil forekomme i december 2012.<br />
HVAD ER EN SOLPLET?<br />
Galilei Galileo var blandt de første der anvendte et teleskop<br />
<strong>til</strong> <strong>at</strong> studere Solens overflade. Hans observ<strong>at</strong>ioner<br />
viste <strong>at</strong> den var dækket af en række mørke områder, som<br />
nu kaldes for solpletter. Figur 1 viser et eksempel på nogle<br />
solpletter observeret den 2. november 2003.<br />
En solplet udgøres af umbraen, der er det mørkeste område<br />
i pletten og har en temper<strong>at</strong>ur på ca. 3400 ◦ C. Dette<br />
område omringes af den lysere penumbra, som efterfølges<br />
af den 5500 ◦ C varme overflade kaldet fotosfæren.<br />
Udover den karakteristiske temper<strong>at</strong>urforskel, er<br />
pletten også koblet <strong>til</strong> et kraftigt lokalt magnetfelt, der<br />
har udgangspunkt i Solens underliggende konvektionszone.<br />
Konvektion er et fænomen der er kendt fra hverdagen,<br />
hvor luftkøling sørger for transport af varme fra ét<br />
område <strong>til</strong> et andet. Vari<strong>at</strong>ionen i antallet af solpletter<br />
er en direkte indik<strong>at</strong>or for Solens aktivitetsniveau. Flere<br />
solpletter medfører en forøgelse i Solens samlede udstråling<br />
og giver anledning <strong>til</strong> en kraftigere solvind. Solvinden<br />
består af ladede partikler og disse partikler har en stor<br />
indvirkning på s<strong>at</strong>teliter, astronauter samt jordbaserede<br />
elektriske anlæg. Solens aktivitet blev specielt bemærket<br />
i Canada i 1989, hvor dele af elnettet blev mørkelagt efter<br />
et særligt stort soludbrud, der blev efterfulgt af en<br />
kraftig solvind. Solens aktivitetsniveau har også indvirkning<br />
for hvor meget kosmisk stråling vi modtager her på<br />
Jorden og forskere fra <strong>Aarhus</strong> <strong>Universitet</strong> har fornyligt<br />
påvist <strong>at</strong> kosmiske stråler kan give anledning <strong>til</strong> dannel-<br />
Figur 1: Solen observeret den 2. november 2003 fra rummet<br />
med SOHO s<strong>at</strong>elliten. Udsnittet er taget den samme dag fra<br />
Jorden via Dutch Open Telescope.<br />
Antal Solpletter<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
MM<br />
0<br />
1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000<br />
Tid<br />
Figur 2: Tidsserie der viser vari<strong>at</strong>ionen i antallet af<br />
solpletter fra 1610-1995. Man bemærker den karakteristiske<br />
11 års cyklus, samt Maunder minimum (MM) fra 1645-1715<br />
og Dalton minimum (DM) fra 1790-1830.<br />
sen af skyer. Andelen af skyer har stor betydning for den<br />
globale opvarmning og set i denne sammenhæng er det<br />
derfor vigtigt <strong>at</strong> kunne forudsige antallet af solpletter.<br />
DM
2<br />
SOLENS 11-ÅRIG CYKLUS<br />
I 1761-1776 foretog den danske astronom Christian Horrebow<br />
regelmæssige observ<strong>at</strong>ioner af solens overflade. Observ<strong>at</strong>ionerne<br />
viste <strong>at</strong> <strong>solpletterne</strong> varierede i antal over<br />
tid. Opdagelsen blev glemt og det skulle tage yderligere<br />
70 år før astronomen Samuel Heinrich Schwabe i 1843<br />
indså <strong>at</strong> antallet af solpletter varierer fra ét minimum <strong>til</strong><br />
det næste over en 11 års cyklus. De individuelle cyklusser<br />
varierer dog i længde og samlet antal pletter. Disse<br />
vari<strong>at</strong>ioner er specielt fremherskende i årene 1645 - 1715<br />
(Maunder minimum) og i 1790 - 1830 (Dalton minimum).<br />
I disse perioder var cyklusserne generelt længere og der<br />
blev observeret meget få pletter på Solens overflade. Det<br />
karakteristiske fåtal af pletter er således blevet undersøgt<br />
og sammenlignet med den indeværende solcyklus i forbindelse<br />
med forskningsprojektet. Figur 2 viser vari<strong>at</strong>ionen<br />
i antallet af solpletter fra Galileos observ<strong>at</strong>ioner omkring<br />
1610 frem <strong>til</strong> 1995.<br />
HVORFOR VARIERER ANTALLET AF<br />
SOLPLETTER?<br />
Dannelsen af solpletter kan beskrives på baggrund af Solens<br />
differentielle rot<strong>at</strong>ion, samt dets underliggende magnetfelt.<br />
Den differentielle rot<strong>at</strong>ion skyldes <strong>at</strong> Solen ikke er<br />
en fast klode og dette bevirker <strong>at</strong> den roterer hurtigt nær<br />
ækv<strong>at</strong>or og langsomt nær polerne. På grund af rot<strong>at</strong>ionen<br />
oprulles magnetfeltet over tid, ind<strong>til</strong> et punkt hvor feltlinierne<br />
bryder gennem den synlige overflade fotosfæren.<br />
I gennembrudszonen dæmpes den underliggende konvektion<br />
og dette fører <strong>til</strong> et lokalt temper<strong>at</strong>urfald, hvilket<br />
gør <strong>at</strong> området fremstår mørkere. Figur 3 illustrerer denne<br />
oprulning og den efterfølgende dannelse af pletter på<br />
Solens overflade. Computermodeller er endnu ikke i stand<br />
<strong>til</strong> <strong>at</strong> gengive alle solpletobserv<strong>at</strong>ioner. Man har derfor i<br />
større grad anvendt modeller baseret på observ<strong>at</strong>ioner<br />
<strong>til</strong> <strong>at</strong> forudsige Solens aktivitetsniveau. Generelt varierer<br />
modellernes nøjagtighed meget, hvilket især er kendetegnende<br />
for den indeværende solcyklus, som ifølge de fleste<br />
modeller har været forsinket og nu ser ud <strong>til</strong> <strong>at</strong> give anledning<br />
<strong>til</strong> meget færre solpletter end den forrige cyklus.<br />
Ind<strong>til</strong> videre er der dog ingen der har undersøgt og anvendt<br />
antallet af solpletfriedage <strong>til</strong> <strong>at</strong> forudsige Solens<br />
aktivitetsniveau, hvilket således er blevet gjort i forbindelse<br />
med dette projekt.<br />
KOMMER SOLPLETTERNE IGEN?<br />
I forbindelse med et solpletminimum vil der forekomme<br />
perioder uden solpletter. Tiden mellem solpletfrie dage<br />
varierer fra måneder <strong>til</strong> uger og leder <strong>til</strong> mange solpletfrie<br />
dage nær minimum. For <strong>at</strong> sammenligne de respektive<br />
solcyklusser har jeg undersøgt hvor mange dage der totalt<br />
set er pletfrie i løbet af et solpletminimum, samt hvor<br />
hurtigt pletterne kommer <strong>til</strong>bage igen. Dette har givet<br />
Figur 3: Illustr<strong>at</strong>ion af oprulningen af Solens magnetfelt og<br />
dannelsen af solpletter.<br />
Totale antal solpletfrie dage<br />
2000<br />
1800<br />
1600<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500<br />
Tid i dage<br />
Figur 4: Sammenligning af det totale antal solpletfriedage i<br />
cyklusserne efter 1798. Den fuldt optrukne sorte linie<br />
markerer den indeværende cyklus, mens den stiplede linie<br />
viser modellens forudsigelse.<br />
mig en mulighed for <strong>at</strong> forudsige hvad der vil ske med<br />
Solen i de kommende år.<br />
Figur 4 viser det totale antal solpletfrie dage for alle<br />
solcyklusser efter 1798. Der ses en vis lighed med<br />
cyklusserne der forekom nær år 1900, samt den første<br />
cyklus nær Dalton minimum omkring år 1800. Denne<br />
sammenhæng bruges <strong>til</strong> <strong>at</strong> vurdere det totale antal<br />
pletfriedage, samt tidspunktet for den sidste dag uden<br />
solpletter for den indeværende cyklus. Modellen viser <strong>at</strong><br />
<strong>solpletterne</strong> gradvist vender <strong>til</strong>bage og efter december<br />
2012 vil vi ikke forvente flere pletfrie dage for denne<br />
cyklus. Der er samtidig tegn på <strong>at</strong> vi kan forvente en lav<br />
aktivitet ved det næste solplet minimum.<br />
Kontaktoplysninger: Michael Lindholm Nielsen, <strong>Aarhus</strong><br />
<strong>Universitet</strong>, Ny Munkegade 120, 8000, <strong>Aarhus</strong> C, Bygning<br />
1520-320, mln@phys.au.dk.