Die Oberfläche der Sonne strahlt Energie aus und schleudert oft Massen von hochmagnetisiertem Plasma auf die Erde. Manchmal sind diese Emissionen stark genug, um die Magnetosphäre – die natürliche magnetische Abschirmung, die die Erde schützt – zu durchbrechen und Satelliten oder Stromnetze zu beschädigen. Solches Weltraumwetter kann katastrophale Folgen haben.
Astronomen haben die Aktivität der Sonne seit Jahrhunderten untersucht, heute nehmen Computer einen zentralen Platz bei der Suche nach einem Verständnis des Verhaltens der Sonne und ihrer Rolle bei Weltraumwetterphänomenen ein. Das im Oktober 2020 verabschiedete überparteiliche PROSWIFT-Gesetz (Promoting Space Weather Research and Observations to Improve Tomorrow's Forecasting) formalisiert die Notwendigkeit, fortschrittlichere Instrumente zur Vorhersage des Weltraumwetters zu entwickeln.
Das Weltraumwetter mag vielen wie ein fernes Problem erscheinen, aber wir erkennen seine Gefahren möglicherweise erst, wenn es zu spät ist. „Wir denken nicht darüber nach, aber Elektrizität, Kommunikation, GPS und alltägliche Geräte können durch die extremen Auswirkungen des Weltraumwetters beeinträchtigt werden“, sagen die Forscher. Außerdem planen die USA Missionen zu anderen Planeten und zum Mond. All dies erfordert sehr genaue Vorhersagen des Weltraumwetters – um Raumschiffe zu konstruieren und Astronauten vor extremen Phänomenen zu warnen.
Turbulenz spielt eine Schlüsselrolle in der Dynamik des Sonnenwinds und der koronalen Massenauswürfe. Dieses komplexe Phänomen hat viele Facetten, einschließlich der Rolle der Wechselwirkung von Stoßwellen mit Turbulenzen und Ionenbeschleunigung. Das Sonnenplasma befindet sich nicht im thermischen Gleichgewicht. In einem Artikel für das Astrophysical Journal beschrieben die Forscher die Rolle von rückwärts einfangenden Ionen bei der Beschleunigung geladener Teilchen im Universum. Zurückkehrende Ionen interstellaren oder lokalen Ursprungs werden vom magnetisierten Plasma des Sonnenwinds eingefangen und bewegen sich radial von der Sonne nach außen.
Einige nicht-thermische Teilchen können weiter beschleunigt werden, um Sonnenenergieteilchen zu erzeugen, die besonders wichtig für die Weltraumwetterbedingungen auf der Erde und für die Menschen im Weltraum sind. Wissenschaftler führten Simulationen durch, um dieses Phänomen besser zu verstehen und es mit Beobachtungen der Raumsonden Voyager 1 und 2 zu vergleichen, die die äußeren Grenzen der Heliosphäre untersuchten und nun einzigartige Daten aus dem lokalen interstellaren Medium liefern.
Einer der Hauptbereiche bei der Vorhersage des Weltraumwetters ist die korrekte Vorhersage des Auftretens von koronalen Massenauswürfen – der Emission von Plasma und des begleitenden Magnetfelds von der Sonnenkorona – und die Bestimmung der Richtung des damit verbundenen Magnetfelds. Dies wird durch Studien zum Rückwärtsfluss von Ionen sowie durch im Astrophysical Journal im Jahr 2020 veröffentlichte Arbeiten unterstützt, die ein magnetohydrodynamisches Modell auf der Grundlage eines magnetischen Kabelbaums verwendeten, um die Ankunftszeit auf der Erde und die Konfiguration des Magnetfelds von vorherzusagen einen koronalen Massenauswurf.
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Solarsonde Parker hat ein Instrument – SWEAP – um den Sonnenwind, Elektronen, Protonen und Alpha zu untersuchen. Bei jedem Umlauf nähert sich die Sonde der Sonne und liefert neue Informationen des Instruments über die Eigenschaften des Sonnenwinds. Bald wird er die kritische Region überschreiten, wo der Sonnenwind superschnell und magnetosonic wird, und wir werden Informationen über die Physik seiner Beschleunigung und seines Transports haben.
Mit der Ankunft der Sonde und anderer neuer Beobachtungsinstrumente erwarten die Wissenschaftler eine Fülle neuer Daten, die die Entwicklung neuer Modelle zur Vorhersage des Weltraumwetters informieren und anregen können.
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