Historiska rymdväder

 

Bild https://www.oist.jp Före den nuvarande Artemis II-expeditionen var Apollo 17 sista gången människor besökte månen. Flera elektromagnetiska strålningsutbrott  inträffade samma år som Apollo 16 och 17 vilka landade på månen 1972. Om dessa hade sammanfallit skulle astronauterna ha utsatts för dödlig strålning utan skydd. © NASA (Public domain)

På jorden framstår extrem solaktivitet ofta som vackra ofarliga norrsken. Men när man tar  sig bortom säkerheten i vårt magnetfält möter man hela tyngden av en temperamentsfull stjärna som plötsligt kan explodera med utbrott och koronamassutkastningar.

Dessa utbrott utlöser ibland så kallade elektromagnetiska strålningsutbrott  där högenergipartiklar slungas mot jorden med upp till 90 % av ljusets hastighet. År 1972 inträffade en rad sådana mellan Apollo 16 och 17:s månuppdrag om dessa hade sammanfallit med någon av expeditionerna skulle astronauterna ha varit hjälplöst utsatta för dödlig protonpartikelstrålning. När vi återvänder till månen blir förståelsen och skydd mot  dessa sporadiska händelser allt mer angelägen.

Nu har forskare från Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) visat en ny metod för att upptäcka historiska SPE:er, där de använder medeltida register för att finna ultraprecisa kol-14-mätningar av begravda asuranoträd i norra Japan. Med denna kombinerade metod har fysikerna identifierat och daterat en händelse till en period mellan vintern 1200 och våren 1201 e.Kr. Under medeltiden var solaktiviteten  extremt hög. Deras resultat publicerades nyligen i Proceedings of the Japan Academy, Serie B.

Professor Hiroko Miyahara från Solar-TerrestrialEnvironment and Climate Unit beskriver "Tidigare studier av historiska händelser har fokuserat på sällsynta, extremt kraftfullt slag. Vår artikel ger en grund för att upptäcka subextrema händelser som inträffat oftare och är omkring 10–30 % av storleken på de mest extrema fallen men som ändå är farliga. Subextrema skeenden är svårare att upptäcka men vår metod gör det nu möjligt för oss att effektivt identifiera dem och bättre förstå under vilka förhållanden de är mer sannolika att inträffa."

De flesta högenergiprotoner från dessa utkast avleds av jordens magnetfält. Men nära polerna, där de geomagnetiska fältlinjerna är öppna mot rymden eller under särskilt starka händelser kan vissa partiklar tränga igenom och kollidera med atmosfären. Detta bildar kol-14-föreningar som cirkulerar globalt genom atmosfären och införlivas i organiskt material. Genom att mäta kol-14-innehållet i bevarat organiskt material såsom begravda träd kan forskare identifiera fluktuationer i solaktiviteten under de senaste 10 000 åren. Med ultraprecisa mätningar  som forskarna  utvecklat under en tioårig process  kan mindre fluktuationer som är omöjliga att upptäcka med konventionella metoder nu upptäckas vilket möjliggör detektion av subextrema händelser av detta slag.

Men eftersom den ultraprecisa metoden är tidskrävande, behövde teamet först veta när och var de skulle leta efter bevis på tidigare solväderhändelser. I den nya studien kom den första ledtråden från Meigetsuki, dagboken från den inflytelserika japanske hovmannen och poeten Fujiwara no Teika (1162–1241), som bevittnade "röda ljus på norra himlen över Kyoto" i februari 1204 e.Kr.

ESA:s Vigil-uppdrag ska ge oss bättre prognoser på rymdväder

 

Bild https://www.esa  Rymdväderreporter Vigils kraftfulla instrument  övervakar sol flares

Vigil är ett projekt som kommer att  bli ESA:s (European Space Agency)  och världens första dedikerade rymdväderuppdrag med placering vid vid den femte Lagrangepunkten i rymden. Uppskjutningen av systemet beräknas ske 2031.

Härifrån ska farkosten som ska ligga i stabil bana  kontinuerligt skicka data över 150 miljoner kilometer tillbaka till jorden något som både är både svårt och kostsamt.

Det kräver sofistikerad databehandling ombord, en stadig datanedlänk med låg latens med djuprymdsantenner och omvandling av Vigils rådata till användbar data till rymdvädertjänster. Det är en stor teknisk utmaning.

Det är kraften i Vigils instrument i kombination med dess position, som som gör det möjligt att observera från det unika perspektivet av den femte Lagrangepunkten mellan solen och jorden (L5), som kommer att göra det värt kostnaden. Den nya utsiktspunkten kommer att förbättra prognoserna avsevärt, vilket gör det möjligt att varna tidigare upp till 4–5 dagar i förväg för vissa rymdvädereffekter (solstormar). Vigils värdefulla ledtid kan innebära skillnaden mellan ett mindre besvär och en större störning.

En första rymdvädersimulering

 

Bild https://www.jhuapl.edu  tagen från den internationella rymdstationen av norrskenet över sydöstra Manitoba den 28 februari 2023 Upphovsman: NASA/Josh Cassada

Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland, släppte nyligen resultatet avUsa:s första end-to-end Space Weather Tabletop Exercise (TTX), som hölls i maj 2024. I efteraktionsrapporten, som offentliggjordes i mars 2025, lyfts de viktigaste resultaten och insikterna från övningen fram. Se länken här där en pdf kan laddas ner av rapporten.

Rymdväderhändelser, såsom solstormar och koronamassutkastningar kan ge betydande effekter på nationers infrastruktur, ekonomi och dagliga liv. TTX simulerade dessa allvarliga solhändelser och testade regeringens (USA:s)  samordning, svarsprotokoll och kommunikation mellan myndigheter inom ett brett spektrum av industri- och kritiska infrastruktursektorer vilket markerade en viktig milstolpe i nationens (i detta fall USA ) beredskap vid hårt rymdväder.

Dipak Srinivasan, programområdeschef vid APL:s rymdutforskningssektor och chef för APL-övningar, noterade att "TTX var ett kritiskt steg i nationens beredskap för svåra rymdväderhändelser. Vi på APL är stolta över att ha bidragit med bredden och djupet i vår kapacitet att leda denna och andra typer av myndighetsövergripande aktiviteter på uppdrag av våra sponsorer. Det gör det möjligt för oss att tillhandahålla realistiska övningsscenarier som skulle stressa våra system, vilket hjälper till att informera myndigheter och regering om de tekniska, kommunikations- och policyluckorna i vår rymdväderberedskap."

Ett märkligt sammanträffande vid övningen var att en betydande rymdväderhändelse den största geomagnetiska störningen på mer än 20 år skedde, "Gannon-stormen" – inträffade samtidigt som övningen. Flera nyckeldeltagare var tvungna att samtidigt hantera både nationens verkliga behov och de simulerade åtgärderna av TTX, vilket betonade vikten av beredskap och övningens relevans för verkliga händelser.

TTX sponsrades gemensamt av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), National Aeronautics and Space Administration (NASA), National Science Foundation (NSF) och Federal Emergency Management Agency (FEMA). Med hjälp av sin expertis inom rymdväderforskning utvecklade APL innehållet för övningen i samarbete med NOAA, NASA, NSF och FEMA. APL koordinerade, var värd för och genomförde övningen och samlade även in, sammanställde och rapporterade data och resultat.

Rymdväder har ett samband med solvind

 

Solvinden är en plasmavind (ett flöde av laddade partiklar, främst elektroner och protoner) som ständigt strålas ut från solen och ut i solsystemet. Ibland sker stora utsläpp. Stora nog att störa radiotrafik och stänga ner digital samhällsfunktion. Av den anledningen bör vi förstå mer av mekanismen och förbereda oss och skydda samhällsviktiga funktioner (om det nu går). Vårt samhälle i dag är sårbart.

 Rymdväder drivs av helt andra processer än väderförhållanden inom en atmosfär och handlar om solvindens påverkan på magnetosfär och joniserad strålning. Begreppet rymdväder beskriver förhållandena i rymden som påverkar jorden och våra teknologiska system. Beroende på solens aktivitet, jordens magnetfält, och vår position i solsystemet.

Rymdväder har länge varit känt för att ungefär följa solcykelns Tjugutvååriga solfläckscykeln med geomagnetiska solstormar vilka har samband med solfläckarna. Men utöver 22 årscyklerna sker vissa cykler i ca 150 årsintervall. Dessa ger betydligt större störningar än de vanliga cyklerna. Senast detta skedde var under 1859 då telegrafen som då var ny stängdes ner. 

Det finns dock mycket debatt om huruvida de farligaste händelserna följer ett mönster uppstår spontant.

Owens, M.J., Lockwood, M., Barnard, L.A. m.fl. har skrivit en lång artikel där man tar fram kunskap och diskuterar utefter detta i ”Extrema rymdväderhändelser och solcykeln” (översatt) i link.springer.com Se artikeln här finns mycket för den intresserade.

Extrema händelser – per definition – inträffar sällan, och att fastställa dess förekomstbeteende är svårt. Den enklaste begränsningsstrategin är kanske att använda rymdvädrets kända klimatologi och bygga system med lämplig motståndskraft. Det kräver ingen förutsägelse av tidpunkten för en rymdväderhändelse. Men det kräver kunskap om den maximala intensitet som sannolikt kommer att uppstå under en viss och kanske längre period. Naturligtvis kommer byggandet av sådant skydd till en kostnad som drabbar särskilt rymdfarkosters hårdvara. Men skydd behövs både för dessa och för våra datorer på Jorden om eller rättare sagt när katastrofen kommer. När väl katastrofen sker är det försent och vår datatrafik slås ut över hela jorden under kanske längre tid än vi nu förstår.

Bild från vikipedia "En fantasifull illustration av hur jordens magnetosfär påverkas av solutbrott. Variationer på solen och i solvinden är rymdvädrets viktigaste drivkrafter". Bild:NASA

Väderförhållandena är inte positiva vid vår närmsta exoplanet

 

Astronomer har nyligen upptäckt att det finns två "jordliknande" steniga planeter runt Proxima Centauri den närmsta stjärnan till oss vilken befinner sig 4,2 ljusår bort. Dessa planeter finns i den "beboeliga zonen" där vatten kan vara i flytande form, säger Andrew Zic vid University of Sydney.

Nu har man upptäckt att radiosignalsignaturer kan användas för att tolka in vad för slags rymdväder som existerar runt närliggande stjärnors planetsystem. Under ledning av Zic har astronomer för första gången visat en definitiv koppling mellan optiska förändringar och radioskurar från en stjärna. Tyvärr är de första väderrapporterna vid vår närmsta granne Proxima Centauri:s planeter inte lovande för att hitta liv på dessa planeter i den form vi känner till liv.

Vår egen sol avger regelbundet heta moln av joniserade partiklar det vi kallar solstormar (utkast från coronan av elektromagnetisk strålning". Men med tanke på att solen är mycket hetare än Proxima Centauri och andra röda dvärgstjärnor finns Jordens ”beboeliga zon" långt från solen vilket innebär att jorden är relativt långt bort från dessa strålar," säger Zic. Därför räcker vårt magnetiska fält runt jorden till att skydda mot denna strålning vilket det inte gjort om jorden legat närmre en sol av röddvärgkaraktär exempelvis där den livsvänliga zonen finns närmre sin sol (min anm.) om nu coronautkasten är lika livliga där och inget visar att så inte är fallet. Men det är mindre intressant se nedan.

Zic säger även: "Detta är fortfarande en öppen fråga om hur många exoplaneter som har magnetiska fält som våra?" Utan magnetiskt fält som skyddar en planet är liv som vi känner det omöjligt (min anm.)

 

”Hittills har det inte gjorts några observationer av magnetiska fält runt exoplaneter och att hitta dessa kan visa sig vara knepigt” säger. Zic. Ett potentiellt sätt att identifiera avlägsna magnetfält skulle dock vara att leta efter norrsken som de runt jorden och som även finns runt Jupiter. Norrsken kan inte finnas utan ett magnetiskt fält runt en planet.

 

"Men även om det finns magnetfält vid exoplaner är med tanke på stjärnornas närhet till den beboeliga zonen runt M-dvärg stjärnor detta inte tillräckligt för att skydda dem," enligt Zic." Korona-massutkastningar är enormt energirika utkast av joniserad plasma och strålning som lämnar stjärnatmosfären (solens atmosfär). De kan slå ut magnetfält om sol och planet finns på för kort avstånd från varandra även om magnetfält finns.

"Detta är dåliga nyheter på rymdväderfronten. Det verkar troligt att galaxens vanligaste stjärnor de röda dvärgarnas planetsystem inte är idealiska platser att hitta liv på som vi känner det," enligt Zic.

Jag (min anm.) undrar dock om röda dvärgplaneter har lika energistarka utkast som större solar som vår exempelvis. Om inte kanske problemet inte finns, om det finns ett magnetfält runt en planet i dessa planetsystem på rätt avstånd från sin sol för livets utveckling. I annat fall bör vi koncentrera oss på sökningar efter liv på planeter där en sol som liknar vår egen finns och söka efter magnetfält (i tecken på norrsken där) vid dessa.

Bild från vikipedia där Proxima Centauri markeras med röd färg. Proxima Centauri är den stjärna som ligger närmast solen. Den finns i stjärnbilden Kentauren och trippelstjärnsystemet Alfa Centauri där och kretsar runt stjärnan Alfa Centauri B i detta system med en omloppstid på omkring 550 000 år. Här finns planeten som omtalas ovan.

på grund av misstänkt dataproblem under tisdagen 15 dec läggs detta inlägg in redan måndag 14 dec två styck denna dag blir det. Inget nytt under tisdagen.