Er solpletterne på vej til at forsvinde? - Aarhus Universitet

Er solpletterne på vej til at forsvinde?
Michael Lindholm Nielsen
Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet, Danmark
(Dato: 16. juni 2011)
Solens aktivitet giver sig til udtryk i antallet af pletter på Solens overflade. Denne aktivitet
varierer i styrke over en 11-årig cyklus, men lige nu er antallet af solpletter stærkt svækket på et
tidspunkt, hvor Solen burde være på vej mod et maksimalt aktivitetsniveau. I forbindelse med et
forskningsprojekt har jeg udarbejdet en metode til at forudsige Solens fremtidige aktivitet og fundet
at denne aktivitet vil nå et maksimum efter december 2012.
Man har længe vidst at antallet af solpletter varierer over
en 11 års cyklus. Det sidste maksimum forekom i marts
2000 og man vil derfor forvente at Solen nu vil være tæt
på et nyt maksimum. Dette har imidlertid vist sig ikke at
være tilfældet, idet solpletterne har været forsinket i op
mod to år. Derfor vil det næste maksimum formentligt
først indtræffe efter 2013. Samtidig er antallet af pletter
lavere end tidligere cyklusser, så hvad er der sket med
solpletterne? Er pletterne på vej til at forsvinde, som det
var tilfældet i 1645 - 1715 under det lange Maunder minimum?
For at undersøge dette, har jeg i et forskningsprojekt
sammenlignet antallet af solpletfriedage i den indeværende
cyklus mod tidligere solcyklusser og fundet at
den sidste pletfrie dag vil forekomme i december 2012.
HVAD ER EN SOLPLET?
Galilei Galileo var blandt de første der anvendte et teleskop
til at studere Solens overflade. Hans observationer
viste at den var dækket af en række mørke områder, som
nu kaldes for solpletter. Figur 1 viser et eksempel på nogle
solpletter observeret den 2. november 2003.
En solplet udgøres af umbraen, der er det mørkeste område
i pletten og har en temperatur på ca. 3400 ◦ C. Dette
område omringes af den lysere penumbra, som efterfølges
af den 5500 ◦ C varme overflade kaldet fotosfæren.
Udover den karakteristiske temperaturforskel, er
pletten også koblet til et kraftigt lokalt magnetfelt, der
har udgangspunkt i Solens underliggende konvektionszone.
Konvektion er et fænomen der er kendt fra hverdagen,
hvor luftkøling sørger for transport af varme fra ét
område til et andet. Variationen i antallet af solpletter
er en direkte indikator for Solens aktivitetsniveau. Flere
solpletter medfører en forøgelse i Solens samlede udstråling
og giver anledning til en kraftigere solvind. Solvinden
består af ladede partikler og disse partikler har en stor
indvirkning på satteliter, astronauter samt jordbaserede
elektriske anlæg. Solens aktivitet blev specielt bemærket
i Canada i 1989, hvor dele af elnettet blev mørkelagt efter
et særligt stort soludbrud, der blev efterfulgt af en
kraftig solvind. Solens aktivitetsniveau har også indvirkning
for hvor meget kosmisk stråling vi modtager her på
Jorden og forskere fra Aarhus Universitet har fornyligt
påvist at kosmiske stråler kan give anledning til dannel-
Figur 1: Solen observeret den 2. november 2003 fra rummet
med SOHO satelliten. Udsnittet er taget den samme dag fra
Jorden via Dutch Open Telescope.
Antal Solpletter
350
300
250
200
150
100
50
MM
0
1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000
Tid
Figur 2: Tidsserie der viser variationen i antallet af
solpletter fra 1610-1995. Man bemærker den karakteristiske
11 års cyklus, samt Maunder minimum (MM) fra 1645-1715
og Dalton minimum (DM) fra 1790-1830.
sen af skyer. Andelen af skyer har stor betydning for den
globale opvarmning og set i denne sammenhæng er det
derfor vigtigt at kunne forudsige antallet af solpletter.
DM

2
SOLENS 11-ÅRIG CYKLUS
I 1761-1776 foretog den danske astronom Christian Horrebow
regelmæssige observationer af solens overflade. Observationerne
viste at solpletterne varierede i antal over
tid. Opdagelsen blev glemt og det skulle tage yderligere
70 år før astronomen Samuel Heinrich Schwabe i 1843
indså at antallet af solpletter varierer fra ét minimum til
det næste over en 11 års cyklus. De individuelle cyklusser
varierer dog i længde og samlet antal pletter. Disse
variationer er specielt fremherskende i årene 1645 - 1715
(Maunder minimum) og i 1790 - 1830 (Dalton minimum).
I disse perioder var cyklusserne generelt længere og der
blev observeret meget få pletter på Solens overflade. Det
karakteristiske fåtal af pletter er således blevet undersøgt
og sammenlignet med den indeværende solcyklus i forbindelse
med forskningsprojektet. Figur 2 viser variationen
i antallet af solpletter fra Galileos observationer omkring
1610 frem til 1995.
HVORFOR VARIERER ANTALLET AF
SOLPLETTER?
Dannelsen af solpletter kan beskrives på baggrund af Solens
differentielle rotation, samt dets underliggende magnetfelt.
Den differentielle rotation skyldes at Solen ikke er
en fast klode og dette bevirker at den roterer hurtigt nær
ækvator og langsomt nær polerne. På grund af rotationen
oprulles magnetfeltet over tid, indtil et punkt hvor feltlinierne
bryder gennem den synlige overflade fotosfæren.
I gennembrudszonen dæmpes den underliggende konvektion
og dette fører til et lokalt temperaturfald, hvilket
gør at området fremstår mørkere. Figur 3 illustrerer denne
oprulning og den efterfølgende dannelse af pletter på
Solens overflade. Computermodeller er endnu ikke i stand
til at gengive alle solpletobservationer. Man har derfor i
større grad anvendt modeller baseret på observationer
til at forudsige Solens aktivitetsniveau. Generelt varierer
modellernes nøjagtighed meget, hvilket især er kendetegnende
for den indeværende solcyklus, som ifølge de fleste
modeller har været forsinket og nu ser ud til at give anledning
til meget færre solpletter end den forrige cyklus.
Indtil videre er der dog ingen der har undersøgt og anvendt
antallet af solpletfriedage til at forudsige Solens
aktivitetsniveau, hvilket således er blevet gjort i forbindelse
med dette projekt.
KOMMER SOLPLETTERNE IGEN?
I forbindelse med et solpletminimum vil der forekomme
perioder uden solpletter. Tiden mellem solpletfrie dage
varierer fra måneder til uger og leder til mange solpletfrie
dage nær minimum. For at sammenligne de respektive
solcyklusser har jeg undersøgt hvor mange dage der totalt
set er pletfrie i løbet af et solpletminimum, samt hvor
hurtigt pletterne kommer tilbage igen. Dette har givet
Figur 3: Illustration af oprulningen af Solens magnetfelt og
dannelsen af solpletter.
Totale antal solpletfrie dage
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Tid i dage
Figur 4: Sammenligning af det totale antal solpletfriedage i
cyklusserne efter 1798. Den fuldt optrukne sorte linie
markerer den indeværende cyklus, mens den stiplede linie
viser modellens forudsigelse.
mig en mulighed for at forudsige hvad der vil ske med
Solen i de kommende år.
Figur 4 viser det totale antal solpletfrie dage for alle
solcyklusser efter 1798. Der ses en vis lighed med
cyklusserne der forekom nær år 1900, samt den første
cyklus nær Dalton minimum omkring år 1800. Denne
sammenhæng bruges til at vurdere det totale antal
pletfriedage, samt tidspunktet for den sidste dag uden
solpletter for den indeværende cyklus. Modellen viser at
solpletterne gradvist vender tilbage og efter december
2012 vil vi ikke forvente flere pletfrie dage for denne
cyklus. Der er samtidig tegn på at vi kan forvente en lav
aktivitet ved det næste solplet minimum.
Kontaktoplysninger: Michael Lindholm Nielsen, Aarhus
Universitet, Ny Munkegade 120, 8000, Aarhus C, Bygning
1520-320, mln@phys.au.dk.