Ruimteweer, ook dat nog

1
Ruimteweer, ook dat nog! Over de dynamische zon
en haar invloed op de aarde
Anik De Groof Centrum voor Plasma Astrofysica (in
samenwerking met de Koninklijke Sterrenwacht van
België)
2
Overzicht
3
Vele gezichten van de zon
De zon zendt licht uit in vele golflengten

• elke golflengte specifieke laag (temperatuur)
  in de zon
• vooral optisch geel ? geel zonne-oppervlak
  ? licht hogere lagen wordt overstemd

korte golflengten ?
lange golflengten hoge energie
? lage energie
4
Vele gezichten van de zon
Vanop aarde
Wit licht beeld van KSB, Brussel
5
Vele gezichten van de zon
Vanuit de ruimte geen invloed van aardse
atmosfeer
SoHO-MDI
SoHO-EIT 304Å
SoHO-EIT 171Å
SoHO-EIT 195Å
Yohkoh SXT
6
De dynamische zon
zonnevlekken

• Zonneatmosfeer

• fotosfeer (oppervlak)

penumbra
umbra
granulatie (convectie)
7
De dynamische zon

• Zonneatmosfeer

• fotosfeer (oppervlak)

- chromosfeer
filament
8
De dynamische zon

• Zonneatmosfeer

• fotosfeer (oppervlak)

- chromosfeer
- corona
X-stralen beeld
EUV beeld
9
De dynamische zon

• Zonneatmosfeer

• fotosfeer (oppervlak)

- chromosfeer
- corona
Alle lagen zijn gestructureerd door het
MAGNEETVELD ? Zeer dynamische fenomenen
!!
10
De zonnecyclus
De zonneactiviteit varieert met periode van 11
jaren, vooral zichtbaar in corona.
11
De zonnecyclus
1996
Kitt Peak magnetograms
1999
1992
12
De invloed van de zon op aarde Ruimteweer
13
Close-up van actieve gebieden
TRACE
171Å
195Å-171Å
Coronale lussen
1216Å
1216Å-1600Å
14
Close-up van actieve gebieden
TRACE
15
Uitbarstingen en massa-ejecties
SoHO-Lasco C2-C3
Uitbarstingen ? grote gaswolken weggeslingerd van
de Zon ? coronale massa-ejectie (CME)
16
Uitbarstingen en massa-ejecties
Als de CME uitbarst in de richting van de aarde,
zien we een halo CME (rond 10 één per dag
op zonnemaximum)
SoHO-Lasco C3
17
Ruimteweer
De veranderlijke toestand van de omgeving in de
ruimte die een invloed uitoefent op de Aarde
en op haar technologische systemen.
Componenten ZON
(halo) CME
zonnevlam/protuberans ? protonenstorm
magneetveld vd zon ? zonnewind
18
Ruimteweer
De veranderlijke toestand van de omgeving in de
ruimte die een invloed uitoefent op de Aarde
en op haar technologische systemen.
Componenten AARDE
magnetosfeer aarde ? schermt ons af tegen
geladen deeltjes en zonnewind
ionosfeer aarde ? beschermt tegen
EUV-Xstralen
19
Ruimteweer
De reis van een halo CME (artistieke impressie)
20
Interplanetair magneetveld
21
Effecten op aarde

• Maart 1989 geomagnetische storm veroorzaakt
  electriciteits- panne van 9
  uur voor miljoenen mensen in Quebec
• 10 Jan 1997 CME vernietigt communicatiesatelliet
  Telstar 401
• Okt-Nov 2003 radio contact verbroken, GPS
  problemen, two Japanese satellieten
  verwoest
• Sep 1859 perfecte storm zonnevlam zeer
  energetische CME
• Aurora in Rome, Hawaii, Havana
• telegraaf stopt met werken
• als deze storm had gewoed in dit
  hoog-technologische tijdperk, had de schade niet
  te overzien geweest
• Gelukkig worden er tegenwoordig voorzorgen
  genomen!!

22
Effecten op aarde
RADIO Ionosferische verstoringen t.g.v.
X-stralen van de zon Voornaamste effecten
23
Effecten op aarde
STRALING Verhoogd door stijgend aantal
energetische deeltjes Voornaamste effecten
24
Effecten op aarde
GEOMAGNETISCHE STORM Voornaamste effecten
25
Observaties en voorspellingen

• Satellieten buiten de aardse atmosfeer

• 11 regionale voorspellingscentra op aarde
• ? SIDC (Solar Influences Data analysis Centre)
  van de Koninklijke
• Sterrenwacht van België is verantwoordelijk
  voor
• West-Europa

http//sidc.oma.be
26
De monster zonnevlammen van okt-nov 2003
27
Chronologisch

• 19 okt na één week van totale zonnevlamstilte
• zeer complexe en grote zonnevlekkengroep NOAA 484

28
Chronologisch

• 19 okt M-vlam X1.1-vlam CME maar niet ?
  aarde

29
Chronologisch

• 23 okt zonnevlekkengroep 486 neemt over!
• ? X5.4 vlam X1.1 vlam

30
Chronologisch

• 23 okt zonnevlekkengroep 486 neemt over!
• ? X5.4 vlam X1.1 vlam

31
Chronologisch

• 28 okt - X17.2 vlam (3de grootste ooit!!)
  extra X10 vlam

Lasco C2
CME ? aarde met v 2152 km/s !! (ltvgt 400
km/s)
? aankomsttijd met modellen
Lasco C3
32
Chronologisch

• 29-30 okt al na 19 uren bereikt de CME de aarde
• ? sterke geomagnetische storm (X17 vlam)
• ? extra X10.1 vlam CME (v 1950km/s !!)
• ? 2de CME bereikt aarde ? poollicht in
  België!!

33
Chronologisch

• 4 nov NOAA 486 achter zonnerand maar SUPER
  ZONNEVLAM
• ? geschat op X28 (No 1 OOIT !!)
  waarschijnlijk groter

X28
34
Effecten op aarde

• radio contact verloren - vooral hoge
  frequenties
• - verlies LF navigatie-signalen positiebepaling
  vliegtuigen!
• stralingsstorm - verhoogd stralingsrisico voor
  astronauten
• - dosis tot 10 röntgenfotos voor passagiers
  poolvluchten
• - geheugen-, oriëntatie- en ruisproblemen in
  satellietoperaties
• geomagnetische storm
• - voltage problemen electrische pannes
  (Zweden/Canada)
• - 2 Japanse satellieten verloren!!
• - geïnduceerde stroom tot honderden amps
  (koelvloeistof Zweden)
• - LF en HF radio problemen kabel TV
• - poollicht tot in België

35
Is de zon op hol geslagen?
36
CMEs modelleren aan het CPA
37
Simulaties CME propagatie

• Variaties in hoek tov evenaar 0, 30, 45, 60
  graden
• Vergelijking tss verschillende zonnewindmodellen
  polytropisch model, Gombosi MHD wind, van der
  Holst MHD wind

38
Simulaties CME propagatie

• variaties in hoek tov evenaar 0, 30, 45, 60
  graden
• Vergelijking tss verschillende zonnewindmodellen
  polytropisch model, Gombosi MHD wind, van der
  Holst MHD wind

39
Simulaties CME schokken
Botsing van 2 CMEs vertrokken uit dezelfde regio
op de zon (qcme18o)gesimuleerd op een 2.5D MHD
zonnewind model (rechts)
40
Impact CME/magnetische wolk
3D tijdsonafhankelijke MHD simulatie van
boegschok tijdens CME aankomst op aarde
41
Impact CME/magnetische wolk
(van der Holst et al., 02)
3D tijdsafhankelijke MHD simulaties van boegschok
tijdens CME aankomst
42
COOLFluid object georiënteerde software
Ontwikkeling van nieuwe numerieke technieken in
samenwerking met von Karman Instituut en Dep.
ComputerWetenschappen.
Hybride grid
Ongestructureerd grid
43
Grid verfijning adaptief grid
Grid past zich aan in de tijd houdt rekening met
oplossing in vorige tijdsstap ? schokken worden
beter gesimuleerd
44
Toekomstplannen

• Parameterstudies en vergelijking met observaties
• ? simulaties van geobserveerde massa-erupties
• Combineer voordelen van verschillende
  zonnewindmodellen
• (grid, 3D, ) en gebruik observaties als
  randvoorwaarden
• Integreer CME initiatie-, propagatie- en
  impactmodellen in
• 1 code

Doel Kant-en-klaar simulatiemodel voor
voorspellers !!
45
Simulaties CME propagatie

• van der Holst et al. (03-04)
• density( pressure)-driven CMEs superposed on
  2.5D MHD wind
• variation of launch angle 0, 30, 45, 60 degrees
• comparison of different background winds
  polytropic wind, Gombosi-like MHD wind, van
  der Holst MHD wind (2.5D)

46
Simulaties CME propagatie

• van der Holst et al. (03-04)
• density( pressure)-driven CMEs superposed on
  2.5D MHD wind
• variation of launch angle 0, 30, 45, 60 degrees
• comparison of different background winds
  polytropic wind, Gombosi-like MHD wind, van
  der Holst MHD wind (2.5D)