Paweł Rudawy Zakład Heliofizyki i Fizyki Kosmicznej IA UWr

Transkrypt

1 WPŁYW AKTYWNOŚCI SŁOŃCA NA KLIMAT ZIEMI Paweł Rudawy Zakład Heliofizyki i Fizyki Kosmicznej IA UWr

2 ok gwiazd ok. 80% GCG ok. 5% GCG ma układy planetarne GALAKTYKA SPIRALNA M 31 MGŁAWICA ANDROMEDY SŁOŃCE RAMIE ORIONA

3 SŁOŃCE Temperatury - centrum Słońca K - fotosfera K - korona K Gwiazda ciągu głównego: - typ widmowy: G2V - jasność: M bol = wiek: 4.64*10 9 lat - widoma średnica: km - moc promieniowania: MW - masa: 2*10 30 kg (99.9% masy układu; 3*10 5 M z ) - wieloskładnikowy układ planetarny

4 BUDOWA WEWNĘTRZNA SŁOŃCA T cent =15.5 mln K, P cent = atm, ρ cent =153 g/cm 3 X=0.73 Y=0.25 Z=0.02 CYKL P-P W ciągu 1 sekundy w jądrze Słońca ton wodoru jest przekształcane w hel, w tym ton materii przekształcane jest w energię

5 A B C B mld lat B C A A C EWOLUCJA SŁOŃCA MLD LAT

6 -3.8 mld lat -650 mln lat -150 mln lat 0

7 L 0 ~70-80 % L 4.5? Paradoks młodego Słońca

8 Ewolucja atmosfer planet typu Ziemia

9 SŁOŃCE L= MW L z = MW Gwiazda ciągu głównego: - typ widmowy: G2V - jasność: M bol = wiek: 4.64*10 9 lat - widoma średnica: km - moc promieniowania: MW - masa: 2*10 30 kg (99.9% masy układu; 3*10 5 M z ) - wieloskładnikowy układ planetarny

10 Budżet promieniowania dla Ziemi Energia słoneczna strumień uśredniony Kiehl & Trenberth, 1997

11 Średnie roczne temperatury globalne pierwszy jednorodny pomiar temperatury dopiero od 1659!!! 140 lat Półkula północna - słoje drzew (dendrochronologia) - rafy koralowe - lodowce 18 O/ 16 O, 2 H/ 1 H (w chłodniejsze lata trudniej parują molekuły zawierające ciężkie izotopy) 1000 lat Antarktyda, stacja Vostok -deuter ( 2 H) -CO 2 -CH lat

12 lat lat lat lat Zmiany ekscentryczności, położenia oraz nachylenia orbity Ziemi w ciągu lat lat

13 SŁOŃCE W ŚWIETLE WIDZIALNYM, EUV i X ŚWIATŁO BIAŁE nm (Hα) nm, K FeIX-X, 17.1 nm K Tomograf słoneczny

14 Magnetogram (LOS) TRACE 17.1 nm Schrijver, 2001 Wszystkie przejawy aktywności słonecznej związane są z globalnymi i lokalnymi zmianami słonecznych pól magnetycznych

15 Rotacja różnicowa Słońca Dynamo słoneczne Przepływ południkowy Weź rotację różnicową, nieco przepływu południkowego, dodaj adwekcję i dyfuzję, zamieszaj m/s 1 rok (Dikpati et al., 2004) pole poloidalne pole toroidalne

16 SSVTT

17 X-ray jets (10/h) v>140km/s (mikro)aktywność w QS i CH struktura korony w obszarach około-biegunowych mikrorozbłyski w AR 26.X.2006 jasne punkty (bright points) grupy drobnych pętli drobna struktura pętli obszarów aktywnych fale uderzeniowe w X; v ~ km/s (M= )

18 X-ray jets (10/h) v>140km/s (mikro)aktywność w QS i CH struktura korony w obszarach około-biegunowych mikrorozbłyski w AR 26.X.2006 jasne punkty (bright points) grupy drobnych pętli drobna struktura pętli obszarów aktywnych fale uderzeniowe w X; v ~ km/s (M= )

19 POŁOZENIE SKALA (Mm) CZAS CYKL ENERGIA [erg] spikule QS, AR 2-7 min? wyrzuty chromosferyczne QS, CH ~10 min? ~10 26 wyrzuty koronalne AR, CH min h? >10 26 X jasne punkty wszędzie h Y (anty) rozbłyski lokalne grzanie korony CME protuberancje spokojne protuberancje aktywne oscylacje pętli AR wszędzie korona Ø100 h przestrzennych (km Mm) podstawy sreamer ów i czasowych (ms Ms) obszar d m okołobiegunowy AR AR pól magnetycznych h ~10 min h lokalne procesy < 1 min o bardzo różnych skalach transformacji energii są powszechne na Słońcu min Y Y Y Y Y ~10 28 >10 28 >10 26 >10 26? sigmoidy AR, połączenia AR h Y >10 28 plasmoidy fale X, EIT, Moreton blinkersy emisje radiowe spray e surge s.. Alexander, SOHO20, 2007 AR obszar aktywny, CH - dziura koronalna, QS obszar spokojny

20 ROZBŁYSKI SŁONECZNE E J P ~ W (J/s)

21 ROZBŁYSKI SŁONECZNE = MT E J P ~ W (J/s) 1 MT TNT = 4,2*10 15 J

22 ERUPCJE WIELKICH SYSTEMÓW MAGNETYCZNYCH (HMS) ZŁOŻONE ZESPOŁY ZJAWISK, OBEJMUJACE ROZBŁYSKI, ERUPCJE, CME SĄ MANIFESTACJAMI PRZEBUDOWY MAKRO-SYSTEMÓW PÓL MAGNETYCZNYCH (HMS) 1 h 1 h 50 m 3 h 30 m 0 h 30 m

23 KRÓTKO I SREDNIOOKRESOWE ZMIANY EMISJI SŁOŃCA Zmienność średniookresowa niestała stała słoneczna ( ~ 1366 Wm -2 ) Zmienność krótkookresowa

24 Multi-temperaturowy obraz Słońca Niebieski: EIT 171 A T=1.0 MK Zielony: EIT 195 A T=1.5 MK Czerowny: EIT 284 A T=2.0 MK

25 1R s FOTOSFERA 3*10-7 g/cm 3 = gęstości atmosfery ziemskiej 1.1 R s KORONA SŁONECZNA 1.7*10-16 g/cm 3 = 3*10 14 cząstek/cm 3 5*10-14 gęstości atmosfery ziemskiej AU 5 cząstek/cm 3

26 PROTONY, ELEKTRONY, CZĄSTKI α CZYLI WIATR SŁONECZNY S S N

27 erupcja wielkiego systemu magnetycznego AR+EP+PFL+CME+ = EHMS

28 KORONALNE WYRZUTY MATERII

29 PANORAMICZNY OBRAZ HELIOSFERY Saturn Merkury Ziemia i Księżyc Uran Wenus Mars

30 220 GW nm

31 Słońce 16.IX.2008 K1v CaII magnetogram Hα nm 17.1 nm X

32 Słońce 06.X.1999 K1v CaII magnetogram Hα nm 17.1 nm X

33 Słońce 06.X.1999 K1v CaII magnetogram Hα nm 17.1 nm X

34 nieco większy strumień energii więcej SEP mniej promieni kosmicznych

35 WIELKIE MINIMA ne 80 l Maunder (typ I) 10 Be cykl 15-letni (Brandenburg, 2007) ne 160 l Spoerer (typ II) ne 70 l Wolf ne 60 l ne 70 l pne 60 l 27 total = 17% Schwabe: 11 lat Gleissberg: 88 lat De Vries: 205 lat Hallstatt: lat 14 C halocen Yang et al., GJ 2000; Korte et al., EPSL 2005 WIEKIE MAKSIMA ne 80 l pne Słońce 40 l tylko przez 75% czasu wykazuje typowy cykl aktywności pne Występowanie 20 l wielkich minimów i maksimów może być chaotyczne aczkolwiek waiting time nie jest zupełnie przypadkowy. 19 total = 19% Długoterminowe prognozowanie??? Usoskin et al., A&A 2007

36 C24 min R max ~ 50 max R max ~ 170? Janssens, 2007 Mod. NASA

37 C24 Kiedy się zacznie?

38 KRÓTKO I SREDNIOOKRESOWE ZMIANY EMISJI SŁOŃCA Zmienność średniookresowa niestała stała słoneczna ( ~ 1366 Wm -2 ) Zmienność krótkookresowa

39 Głębokość wnikania promieniowania słonecznego w atmosferę Ziemi Zmienność krótkookresowa emisji Słońca

40 WIATR SŁONECZNY W POBLIŻU ZIEMI (1 AU) składowa średnio powolna szybka N (cm-3) V (km/s) F (erg/cm2/s) Te (105 K) Tα (105 K) B (nt) 6 6 6

41 ODDZIAŁYWANIE WIATRU SŁONECZNEGO Z MAGNETOSFERĄ ZIEMI P in W

42 ZORZE POLARNE P = 30 GW

43 CZAS DOTARCIA DO ZIEMI STRUMIENI CZĄSTEK I PROMIENIOWANIA WYWOŁANYCH AKTYWNOŚCIĄ SŁONECZNĄ Rozbłysk klasy C = Wm -2 (1 AU)

44 CZĘSTOTLIWOŚĆ WYSTĘPOWANIA ZJAWISK GEOFIZYCZNYCH WG. NOAA Średnia częstość występowania zjawisk w cyklu (1 cykl = 11 lat) Burze Strumienie Zaniki geomagnet. cząstek łączności Ekstremalne 4 <1 <1 Bardzo silne Silne Średnie Słabe

45 Zależność temperatury od aktywności słonecznej Eddy, 1976 zmiany sezonowe nasłonecznienia (lato-zima) 8% zmiany wieloletnie nasłonecznienia 0.2% 1% nasłonecznienia => 1K temp. globalnej

46 maksimum aktywności Zależność pokrycia chmur niskich od strumienia promieniowania kosmicznego >13 MeV Zmiany wysokości warstwy 30 hpa - miara zmian temperatury na wysokości ok. 24 km (Hawaje) liczby Wolfa Zmiany temperatury troposfery ( km) uśrednione dla półkuli północnej 1K

47 Zmiany temperatury powierzchniowej oceanów (SST) ok. 150 lat lata obszary korelacji dodatniej obszary korelacji ujemnej

48

49 Budżet zmian strumienia energii docierającej (radiative forcing, RF) lata

50 SOL SOL OMNIA OMNIA REGIT