Rymdväder och solens inverkan på samhället

Transkript

1 Rymdväder och solens inverkan på samhället STEREO Extrem solstorm 23 juli 2012 Henrik Lundstedt Institutet för rymdfysik Lund

2 Rymdvädret drivs av solens aktivitet SOHO Koronamassutkastningar (Coronal Mass Ejections (CMEs)) Mass(plasma) utkast på 5-50 miljarder ton med hastigheter på mellan km/s. Den snabbste anlände till jorden efter 14.6 timmar. Chocker som CME producerar kan accelerera protoner till MeV, anlända inom en timme. Den mest intensiva observerade protonhändelse nådde 43,000 pfu 23/03/1991. Bara magnetiska energin (~10 25 J) är stor tillräcklig att åstadkomma en CME. Solflammor (Solar flares) Elektromagnetisk strålning som kan påverka jorden inom 8 min. Energi: ~10 18 kwh (~10 25 J) (motsvarar USA s energibehov under 40000år) För andra solliknande stjärnor har 1000 ggr Carrington (=X50?) solflammor observerats.

3 1. Forskningsområden och forskningsfrågor Solens magnetfält (från under solytan till koronan), komplexitet och topologi. Strukturer i interplanetära mediet och jordmagnetiska fältets variation. Extremvärdesanalys. Utveckling av prognoser. Hur och när uppkommer solstormar, speciellt de extrema? Hur extrema kan de bli? Hur växelverkar på varandra följande koronamassutkastningar med varandra och på sätt förändrar rymdväderseffekterna på jorden? Hur extrema kan jordmagnetiska fältets variation bli? Hur kan vi förutsäga rymdväderseffekter?

4 Hur uppkommer solstormar och hur kan vi göra prognoser? Solstormar i koronan minskar magnetfältets komplexitet i koronan genom att transportera bort (CMEs) eller vrida ur (solar flares). Topologin bestämmer energin so frigöres. Förändringen av topologiska strukturen hos magnetfältet har föreslagits förklara samtidiga vitt skilda solstormar. SDO observerar hela solen, hela tiden Komplexiteen produceras i solens inre (dynamo, coriolis), genom rotation i fotosfären till koronan. Vi måste därför följa utvecklingen från det inre till koronan. Solar Dynamics Observatory (SDO) inom Heliophysics NASA program kan göra det, och ger därför en komplett topologisk bild idag. Topologisk komplexitet När vridningen hos magnetfältet (Tw) > 2π så blir fluxtuben kink-instabil. Prognoser bygger på bestämning av komplexitetens förändring.

5 Kraftig solstorm den 12 maj och en extrem solarstorm den 14 maj 1921 på solens centrum Svag solcykel - 4 år efter max Topologisk Modell Maj 15, 14:25 (Kvistaberg, Uppsala) Svaga solcykeln maj 1921 avtagande fas aamax = 680nT, 15 maj, E=20V/km => a db/dt of ~5000nT/min (Kappenman, Adv.Space Res. 2006: Elovaara et al.,cigre 1992) Norrsken rapporterades i södra Sverige på kvällen, natten 13/5 och natten 14/5. Dock ej 15 och 16/11 pga ljusa nätter. Sydsken observerades på Apia Samoa -13 graders latitud dvs så nära magnetiska ekvatorn att 1921 händelsen blir en av de allra mest extrema rymdvädershändelse. De intensiva jordmagnetiskt inducerade strömmarna satte Sveriges största telegrafstation i Karlstad i brand. Telefontrafiken i hela Sverige stördes. Kostnaden för skadorna uppgick till kr.

6 En kraftig solstorm den 12 juli, En extrem solstorm den 23 juli på solens baksida Svag solcykel vid max Nära miss Den23 juli kastades två CMEs ut från solens baksida. En med en hastighet på 3400 km/s enligt STEREO. Energetiska partiklar registreardes på jorden trots läget och ett mycket starkt magnetfält på ~100nT mättes. Dst -1182nT uppmättes. Kraftigare än vid 1859 Carrington händelsen

7 RWC-Sweden (Sveriges rymdväderscentrum) inom ISES och Institutet för rymdfysik (IRF) erbjuder prognoser och information om solstormar och rymdväder

8 Prognoser baserade på realtidsmätningar vid L1 Realtids solvindsdata vid L1 från ACE. Ersäts av DSCOVR 2016

9 2. Förändringar som planeras för att förbättra forskningen Vi planerar nu att nyanställa forskare och forskningsingenjörer med medel från MSB och EU. Detta för att skapa en fokuserad forskargrupp inom området. Vi arbetar för ett ökat tvärvetenskapligt samarbete mellan matematiker, fysiker och astronomer för att få nya infallsvinklar och kunskap till de fundamentala forskningsfrågorna inom området. EU/Horizon 2020-PROTEC-2014 project PROGRESS Prediction of Geospace Radiation Environment and solar wind parameters Allmänt mål: Att uppnå dagliga tillförlitliga varningar av extrema solstormar som kan orsaka svåra skador på viktiga funktioner i samhället.

10 3. Långsiktigt om utvecklingen av området På grund av det sammanlänkade, högteknologiska samhällets ökade känslighet för solstormar och rymdväder förutses området växa samt myndigheter och forsknings/prognos-centra etableras. Möte och rapport som drastiskt förändrade myndigheters intresse agencies för solstormar och rymdväder - Will today s high tech society handle a extreme solar storm? A Workshop on Managing Critical Disasters: The Case of a Geomagnetic Storm February 23-24, 2010.

11 4. Forskningsresurser som Sverige saknar För att kunna förstå solstormar och dess inverkan, samt göra prognoser är vi är helt beroende av dygnet-runt-observationer av hela solen från under solytan till koronan, samt av tillståndet vid L1 med: Rymdbaserade SDO STEREO Markbaserade nätverk GONG (Global Oscillation Network Group) Kommande enstaka observationer Solar Orbiter ACE DSCOVR Önskemål: Koronamagnetfältsmätningar. Nature artikel skriven. Frequency Agile Solar Radiotelescope

12 5. Varför skall Sverige ha rymdforskning? För att bl.a. kunna minska på rymdvädrets skadliga inverkan på svenska samhället Regelbundna användare 1. Myndigheten för Samhällsskydd och Beredskap (MSB) - TiB - Tjänstema i Beredskap. 2. Svenska Kraftnät (SvK) Avsiktsförklaring om informationsutbyte och köp av tjänster vid förhöjd solaktivitet. 3. Swedish Armed Forces METOC Centre, Enköping. 4. International Space Environment Service (ISES) med 16 regionala varningscentra (RWCs). 5. ESA VISPANET, Eta max. 6. ESA Redu, Belgien. 7. EU SpaceCast, Cambridge, UK. 8. EU, EURISGIC. 9. DH Consultancy, Belgien. 10. Mullard Space Science Laboratory (MSSL), UCL,UK. Internationella användarna 5-9 påpekar omedelbart om tjänsterna inte ges. För dem är tjänsterna kritiska. Enstaka användare 1. Kärnkraftverk Forsmark Kärnkraftverk OKG. 3. Trafikverket (Banverket) inverkan på signalsystem. 4. Sjö- och luftfartsavdelningen, Transportstyrelsen. 5. FOI, Linköping, finansierat projektet Testtjänster för rymdväder. 6. Polisen i Göteborg. 7. Lantmäteriet om GPS påverkan. 8. Universitet och tekniska högskolor (examensarbeten) i Sverige (information). 9. Media: SVT, TV4, TV6, 3-SAT, ZDF, SR, Norsk radio, Rymdkanalen, Sydsvenskan, DN, SvD, NyTeknik, Allt om Rymden osv. 10. Allmänheten (brevduveföreningar), skolelever. På vår nya website Sveriges rymdväderscentrum (RWC-Sweden) src.irf.se så kan vi nu se vilka som använt våra tjänster.

13 Septembers kraftiga solarstorm 10 september 2014 X1.6,17:45UT Sep. 10 CME V 800km/s max 100pfu (SVT) Kp 7 G3 Norrsken Holland Norrsken Danmark Rapport till MSB/SvK - ingen eller liten påverkan Uppsala 30-min max db/dt = 48nT/min UT Sep 13 03:41 Sep 13 07:45 Sep 13 08:46 Norrsken Sverige Abisko

14 total unsigned flux Rymdvädret och solstormar senaste dagarna 9 oktober 14 oktober GONG 9 oktober 17 oktober sum of the absolute value of the net currents per polarity SDO X-klass 1.1 solflamma 05:03 UT 19 oktober 20 oktober mean photospheric excess magnetic energy X-klass 1.6 solflamma 14:28 UT 22 oktober

15 6. Budskap till utredarna. För att kunna förstå solens inverkan på samhället, speciellt av kraftiga till extrema solstormar, så måste man kunna observera hela solen (under ytan till koronan) och hela tiden. NASAs SDO kan det, men en STEREO liknande mission måste till och en satellit att mäta 15 oktober koronans magnetfält 20 oktober 20 oktober eller ett nätverk av radioteleskop. För att forskningsresultaten skall kunna utnyttjas av samhället och berörd myndighet till att minska på solstormars skadliga inverkan krävs ett nära samarbete.

16 15 oktober 20 oktober 20 oktober Slut Tack