Modern Grand Solar Minimum zal leiden tot afkoeling aarde

In dit artikel zal ik met nieuw ontdekte proxy-magnetisch veld van zonneactiviteit aantonen dat de zon het moderne Grand Solar Minimum (2020-2053) is ingegaan dat zal leiden tot een aanzienlijke vermindering van het magnetisch veld en de activiteit van de zon zoals tijdens het Maunder minimum wat zal leiden tot een merkbare vermindering van de aardse temperatuur.

De zon is de belangrijkste bron van energie voor alle planeten van het zonnestelsel. Deze energie wordt aan de aarde afgegeven in de vorm van zonnestraling in verschillende golflengten, de totale zonne-instraling genoemd. Variaties in de bestralingssterkte van de zon leiden tot opwarming van de bovenste planetaire atmosfeer en complexe processen van transport van zonne-energie naar een planeetoppervlak.

De tekenen van zonneactiviteit zijn te zien in cyclische 11-jarige variaties van een aantal zonnevlekken op het zonneoppervlak, waarbij het gemiddelde maandelijkse zonnevlekkengetal wordt gebruikt als een benadering van de zonneactiviteit in de afgelopen 150 jaar. Zonnecycli werden beschreven door de werking van het dynamomechanisme van de zon in het inwendige van de zon, dat magnetische touwen opwekt op de bodem van de convectieve zone van de zon.

Deze magnetische touwen reizen door het inwendige van de zon en verschijnen op het zonneoppervlak, of fotosfeer, als zonnevlekken die de voetpunten aangeven waar deze magnetische touwen in de fotosfeer zijn ingebed.

Het magnetische veld van zonnevlekken vormt een toroïdaal veld, terwijl het magnetische veld van de zonneachtergrond een poloïdaal veld vormt. De zonnedynamo zet het poloïdale veld cyclisch om in een toroïdaal veld, dat zijn maximum bereikt bij het maximum van een zonnecyclus, en vervolgens het toroïdale veld weer in een poloïdaal veld bij een zonneminimum. Het is duidelijk dat voor dezelfde leidende polariteit van het magnetisch veld in zonnevlekken op hetzelfde halfrond de lengte van de zonnecyclus moet worden verlengd tot 22 jaar.

Hoewel men het algemene beeld van een zonnecyclus begrijpt, was het nogal moeilijk om de waargenomen zonnevlekkenaantallen in overeenstemming te brengen met de gemodelleerde, tenzij de cyclus al ver gevorderd is. Deze moeilijkheid is een duidelijke aanwijzing voor enkele ontbrekende punten in de definitie van zonneactiviteit door zonnevlekkengetallen, die onze aandacht richtten op het onderzoek van het magnetische achtergrondveld van de zon (poloïdaal).

Door Principale Componenten Analyse (PCA) toe te passen op de magnetogrammen van de volledige schijf met lage resolutie, die in cycli 21-23 zijn opgenomen door het Wilcox Solar Observatory, ontdekten we niet één maar twee hoofdcomponenten van dit magnetische achtergrondveld van de zon (zie figuur 1, bovenste plot), geassocieerd met twee magnetische golven, gemarkeerd door rode en blauwe lijnen. De auteurs leidden wiskundige formules af voor deze twee golven die de hoofdcomponenten van de gegevens van cycli 21-23 passen met de reeks periodieke functies en gebruikten deze formules om deze golven te voorspellen voor cycli 24-26. Deze twee golven blijken te worden gegenereerd in verschillende lagen van het zonne-interieur met dicht bij elkaar liggende maar niet gelijke frequenties. De samenvattingskromme van deze twee magnetische golven (figuur 1, onderste plot) toont de interferentie van deze golven die maxima en minima van zonnecycli vormen.

De samenvattingskromme van twee magnetische golven verklaart veel kenmerken van 11-jarige cycli, zoals dubbele maxima in sommige cycli, of asymmetrie van de zonneactiviteit op de tegenovergestelde hemisferen tijdens verschillende cycli. Zharkova et al. koppelden de modulus-samenvattingskromme aan de gemiddelde zonnevlekkengetallen voor cycli 21-23, zoals getoond in figuur 2 (bovenste grafiek), en breidden deze kromme uit tot cycli 24-26, zoals getoond in figuur 2 (onderste grafiek). Het blijkt dat de amplitude van het samenvattend magnetisch zonneveld in de samenvattingskromme afneemt in de cycli 24-25 en bijna nul wordt in cyclus 26.

Zharkova et al. stelden voor om de samenvattingskromme te gebruiken als een nieuwe proxy van zonneactiviteit, die niet alleen gebruik maakt van de amplitude van een zonnecyclus, maar ook van de leidende magnetische polariteit van het zonnemagneetveld.

Figuur 3 toont de samenvattende curve berekend met de afgeleide wiskundige formules voorwaarts voor 1200 jaar en achterwaarts voor 800 jaar. Deze kromme toont het verschijnen van grote zonne-cycli van 350-400 jaar veroorzaakt door de interferentie van twee magnetische golven. Deze grote cycli worden gescheiden door de grote zonneminima, of de perioden van zeer lage zonneactiviteit. Het vorige grote zonneminimum was het Maunder minimum (1645-1710), en de andere daarvoor heette het Wolf minimum (1270-1350). Zoals te zien is in figuur 3 van de voorspelling van Zharkova et al. , zijn er in de komende 500 jaar twee moderne grote zonneminima in aantocht: het moderne in de 21e eeuw (2020-2053) en het tweede in de 24e eeuw (2370-2415).

De waarnemingseigenschappen van de twee magnetische golven en hun samenvattende kromme pasten goed bij dubbele dynamogolven opgewekt door dipool magnetische bronnen in twee lagen van het zonne-interieur: binnenste en buitenste lagen , terwijl andere drie paren van magnetische golven kunnen worden geproduceerd door viervoudige, sextuple, en octuple magnetische bronnen samen met dipool bron definiëren de zichtbare verschijning van zonne-activiteit aan het oppervlak.

De zon heeft momenteel zonnecyclus 24 voltooid – de zwakste cyclus van de afgelopen 100+ jaar – en is in 2020 aan cyclus 25 begonnen. Tijdens perioden van lage zonneactiviteit, zoals het huidige grote zonneminimum, zal de zon vaak verstoken zijn van zonnevlekken. Dit is wat nu aan het begin van dit minimum wordt waargenomen, want in 2020 heeft de zon in totaal 115 vlekkeloze dagen (of 78%) gezien, wat betekent dat 2020 op weg is om het ruimte-record van 281 vlekkeloze dagen (of 77%) dat in 2019 is waargenomen, te overtreffen. De start van cyclus 25 is echter nog steeds traag in het afvuren van actieve gebieden en zonnevlammen, dus met elke extra dag/week/maand die voorbijgaat, wordt de nul in zonneactiviteit verlengd, wat het begin van een groots zonneminimum markeert. Wat zijn de gevolgen voor de aarde van deze afname van de zonneactiviteit?