Μη εξουδετερωμένα ηλεκτρικά ρεύματα σε πρόβλεψη εκλάμψεων
Οι ηλιακές εκλάμψεις είναι απότομες λαμπρύνσεις στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Η απελευθερωμένη ενέργεια εκπέμπεται σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τα μήκη κύματος ραδιοφώνου έως τις ακτίνες Χ και γ υψηλής ενέργειας. Αυτά τα θεαματικά γεγονότα συχνά συνοδεύονται από αποβολές πλάσματος στεφανιαίων, που ονομάζονται στεφανιαίες εκτοξεύσεις μάζας (CMEs), και από την επιτάχυνση σωματιδίων υψηλής ενέργειας.
Αν και η ζωή στον πλανήτη μας δεν απειλείται από ηλιακές εκρήξεις, τα όργανα στο διάστημα καθώς και αρκετές επίγειες υποδομές είναι ευάλωτα σε αυτά τα φαινόμενα. Για αυτόν τον λόγο, οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο κατέβαλαν σημαντική προσπάθεια στην προσπάθεια πρόβλεψης των ηλιακών εκλάμψεων και των σχετικών φαινομένων.
Γνωρίζουμε ότι η ενέργεια που τροφοδοτεί τις ηλιακές εκλάμψεις και τις εκρήξεις αποθηκεύεται στις εξαιρετικά στριμμένες μαγνητικές δομές της ηλιακής ατμόσφαιρας. Αυτές οι δομές αποτελούνται από κλώνους μαγνητισμένου υλικού και επικαλύπτουν ενεργές περιοχές, δηλαδή περιοχές έντονου μαγνητισμού, που φιλοξενούν επίσης ηλιακές κηλίδες. Στο ηλιακό στέμμα, αυτά τα πολύπλοκα μαγνητικά πεδία επανασυνδέονται, αλλάζοντας τη διαμόρφωσή τους και αποβάλλοντας μέρος της αποθηκευμένης μαγνητικής τους ενέργειας ως εκλάμψεις.
Σύμφωνα με τη θεωρία, δύο είδη ηλεκτρικών ρευμάτων τρέχουν κατά μήκος κάθε μαγνητικού βρόχου, το ένα από τα οποία διατηρεί τη συστροφή του και το άλλο την απομόνωσή του. Αν και αυτά τα ηλεκτρικά ρεύματα θα πρέπει να εξουδετερώνουν το ένα το άλλο κατά μήκος κάθε βρόχου, οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Μη εξουδετερωμένα (ή μη εξουδετερωμένα) ρεύματα σημαίνει ότι διοχετεύονται καθαρά ηλεκτρικά ρεύματα στο στέμμα, όπου μπορεί να τροφοδοτούν ηλιακές εκλάμψεις.
Δυστυχώς, δεν μπορούμε, προς το παρόν, να μετρήσουμε το μαγνητικό πεδίο στο στέμμα με ακρίβεια και συστηματικά. Αντίθετα, βασιζόμαστε σε μετρήσεις στη φωτόσφαιρα, την ορατή επιφάνεια του Ήλιου. Εκεί, τα ίχνη των μαγνητισμένων βρόχων εμφανίζονται ως κηλίδες έντονης, αντίθετης πολικότητας μαγνητικής ροής.
Χρησιμοποιώντας φωτοσφαιρικά μαγνητογράμματα, δηλαδή χάρτες του μεγέθους και/ή της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου στη φωτόσφαιρα, συμπεραίνουμε παραμέτρους που ποσοτικοποιούν το δυναμικό έκρηξης των ηλιακών ενεργών περιοχών. Αυτές οι παράμετροι μπορεί να αντιπροσωπεύουν π.χ. η αποθηκευμένη ενέργεια, το μέγεθος και η ισχύς του μαγνητικού πεδίου, τα ηλεκτρικά ρεύματα, η συστροφή κ.λπ. και έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλά μοντέλα πρόβλεψης.
Συμπεράσαμε το μέγεθος των μη εξουδετερωμένων ηλεκτρικών ρευμάτων στη φωτόσφαιρα χρησιμοποιώντας μαγνητογράμματα που παρέχονται τακτικά από το όργανο HMI (Ηλιοσεισμικός Μαγνητικός Απεικονιστής) στην αποστολή SDO (Solar Dynamics Observatory). Η μέθοδός μας περιλαμβάνει λεπτομερή ανάλυση σφαλμάτων και αυστηρά κριτήρια επιλογής σχετικά με την τρέχουσα μη ουδετερότητα. Έτσι, χαρακτηρίσαμε τις ηλιακές ενεργές περιοχές από τη συνολική τους ποσότητα μη εξουδετερωμένου ρεύματος.
Οι ενεργές περιοχές που δεν παρήγαγαν εκλάμψεις περιείχαν πάνω από δέκα φορές λιγότερα μη εξουδετερωμένα ηλεκτρικά ρεύματα από εκείνες που παράγουν εκλάμψεις. Στην πραγματικότητα, ακόμη και μέσα στην ίδια ενεργή περιοχή, η ποσότητα των μη εξουδετερωμένων ρευμάτων αυξάνεται δραματικά όταν αυτή η περιοχή εισέρχεται σε μια παραγωγική φάση εκλάμψεων. Αυτά τα έντονα ρεύματα σχετίζονται αποκλειστικά με ισχυρές διατμητικές κινήσεις στη φωτόσφαιρα, στα όρια μεταξύ γειτονικών, ισχυρά αλληλεπιδρώντων μαγνητικών κηλίδων αντίθετης πολικότητας. Αυτές οι κινήσεις είναι από καιρό γνωστό ότι προηγούνται των ηλιακών εκλάμψεων.
Μελετήσαμε ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα ~10.000 περιοχών ενδιαφέροντος του τρέχοντος Ηλιακού Κύκλου για να δούμε πώς η συνολική ποσότητα μη εξουδετερωμένων ρευμάτων συνδέεται με την εμφάνιση εκλάμψεων. Δείξαμε ότι τα μη εξουδετερωμένα ρεύματα παράγουν υψηλές πιθανότητες εκλάμψεων, εντός της επόμενης ημέρας, υπεραποδίδοντας άλλους γνωστούς προγνωστικούς δείκτες εκλάμψεων.
Τα μη εξουδετερωμένα ρεύματα μπορούν να είναι χρήσιμα σε αυτοματοποιημένα σχήματα που στοχεύουν στην παραγωγή προβλέψεων εκλάμψεων. Χρησιμοποιούνται, μαζί με άλλους προγνωστικούς παράγοντες στο FLARECAST, μια κοινοπραξία εννέα ευρωπαϊκών ινστιτούτων που στοχεύει στην παραγωγή μιας καινοτόμου, πλήρως επικυρωμένης υπηρεσίας πρόβλεψης.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Non-utralized Electric Currents in Solar Active Regions and Flare Productivity, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Solar Physics. Επικεφαλής της εργασίας αυτής ήταν οι Ιωάννης Κοντογιάννης &Μανώλης Γεωργούλης από την Ακαδημία Αθηνών.
