Moderne Grand Solar Minimum vil føre til jordisk afkøling

I denne artikel vil jeg demonstrere med nyopdaget solaktivitet proxy-magnetisk felt, at Solen er gået ind i det moderne Grand Solar Minimum (2020-2053), der vil føre til en betydelig reduktion af solens magnetfelt og aktivitet ligesom under Maunder minimum, hvilket vil føre til en mærkbar reduktion af jordisk temperatur.

Solens er den vigtigste energikilde for alle planeter i solsystemet. Denne energi leveres til Jorden i form af solstråling i forskellige bølgelængder, kaldet den samlede solstråling. Variationer i solstrålingen fører til opvarmning af den øvre planetariske atmosfære og komplekse processer af solenergitransport mod en planetarisk overflade.

Tegnene på solaktivitet ses i cykliske 11-årige variationer i antallet af solpletter på solens overflade ved hjælp af det gennemsnitlige månedlige antal solpletter som en proxy for solaktivitet i de sidste 150 år. Solens cyklusser blev beskrevet ved virkningen af solens dynamomekanisme i solens indre, der genererer magnetiske reb i bunden af solens konvektive zone.

Disse magnetiske reb bevæger sig gennem solens indre og optræder på solens overflade, eller fotosfære, som solpletter, der angiver de fodpunkter, hvor disse magnetiske reb er indlejret i fotosfæren.

Solpletternes magnetiske felt danner et toroidalt felt, mens solens baggrundsmagnetiske felt danner et poloidalt felt. Solens dynamo omdanner cyklisk det poloidale felt til et toroidalt felt, der når sit maksimum ved en solcyklusmaksimum og derefter det toroidale felt tilbage til det poloidale mod et solminimum. Det er indlysende, at hvis magnetfeltets polaritet i solpletterne på samme halvkugle er den samme, bør solcykluslængden forlænges til 22 år.

Selv om man forstår det generelle billede af en solcyklus, var det ret vanskeligt at få det observerede antal solpletter til at stemme overens med de modellerede, medmindre cyklussen er langt fremskreden. Denne vanskelighed er en klar indikation af nogle manglende punkter i definitionen af solaktivitet ved hjælp af solpladetal, som vendte vores opmærksomhed mod forskningen af solens (poloidale) baggrundsmagnetiske felt (SBMF) .

Ved anvendelse af Principal Component Analysis (PCA) på de lavopløselige magnetogrammer med fuld disk, der er optaget i cyklus 21-23 af Wilcox Solar Observatory, opdagede vi ikke én, men to hovedkomponenter af dette solbaggrundsmagnetiske felt (se figur 1, øverste plot), der er forbundet med to magnetiske bølger, der er markeret med røde og blå linjer. Forfatterne udledte matematiske formler for disse to bølger ved at tilpasse hovedkomponenterne fra dataene fra cyklus 21-23 med serierne af periodiske funktioner og brugte disse formler til at forudsige disse bølger for cyklus 24-26. Disse to bølger opstår i forskellige lag af solens indre og har tæt, men ikke lige store frekvenser. Den sammenfattende kurve for disse to magnetiske bølger (figur 1, nederste diagram) afslører interferensen mellem disse bølger, som danner maksimum og minimum i solcyklusser.

Den sammenfattende kurve af to magnetiske bølger forklarer mange træk ved 11-årige cyklusser, såsom dobbelte maksima i nogle cyklusser eller asymmetri af solaktiviteten på de modsatte halvkugler i løbet af forskellige cyklusser. Zharkova et al. forbandt modulets sammenfatningskurve med de gennemsnitlige solpletantal for cyklusser 21-23 som vist i figur 2 (øverste plot) og udvidede denne kurve til cyklusser 24-26 som vist i figur 2 (nederste plot). Det ser ud til, at amplituden af det summariske solmagnetiske felt, der er vist i den summariske kurve, er faldende mod cyklus 24-25 og bliver næsten nul i cyklus 26.

Zharkova et al. foreslog at bruge den sammenfattende kurve som en ny proxy for solaktivitet, som ikke kun udnytter amplituden af en solcyklus, men også dens førende magnetiske polaritet i solens magnetfelt.

Figur 3 viser den sammenfattende kurve beregnet med de afledte matematiske formler fremad for 1200 år og 800 år tilbage. Denne kurve afslører fremkomsten af store solcyklusser på 350-400 år forårsaget af interferens af to magnetiske bølger. Disse store cyklusser er adskilt af de store solminima eller perioder med meget lav solaktivitet . Det foregående store solminimum var Maunder-minimum (1645-1710), og det andet før hed Wolf-minimum (1270-1350). Som det fremgår af figur 3 fra forudsigelser af Zharkova et al. er der i de næste 500 år to moderne store solminima på vej i Solen: det moderne i det 21. århundrede (2020-2053) og det andet i det 24. århundrede (2370-2415).

De observerede egenskaber ved de to magnetiske bølger og deres sammenfattende kurve passede nøje med dobbelte dynamobølger genereret af dipolmagnetiske kilder i to lag af solens indre: indre og ydre lag , mens andre tre par magnetiske bølger kan produceres af firedobbelte, seksdobbelte og ottedobbelte magnetiske kilder i alt med dipolkilde, der definerer det synlige udseende af solaktivitet på overfladen.

I øjeblikket har Solen afsluttet solcyklus 24 – den svageste cyklus i de seneste 100+ år – og i 2020 er den begyndt på cyklus 25. I perioder med lav solaktivitet, som f.eks. det moderne store solminimum, vil Solen ofte være blottet for solpletter. Det er det, der observeres nu i starten af dette minimum, for i 2020 har Solen i alt set 115 pletfri dage (eller 78 %), hvilket betyder, at 2020 er på vej til at overgå rumalderens rekord på 281 pletfri dage (eller 77 %), der blev observeret i 2019. Starten af cyklus 25 er dog stadig langsom med hensyn til at affyre aktive regioner og udbrud, så med hver ekstra dag/uge/måned, der går, forlænges nulpunktet i solaktiviteten, hvilket markerer en start på et stort solminimum. Hvad er konsekvenserne for Jorden af dette fald i solaktiviteten?