Modern Grand Solar Minimum kommer att leda till nedkylning av jorden

I denna ledare kommer jag att visa med hjälp av nyupptäckt solaktivitet proxy-magnetiska fältet att solen har gått in i den moderna Grand Solar Minimum (2020-2053) som kommer att leda till en betydande minskning av solens magnetiska fält och aktivitet som under Maunder minimum som leder till en märkbar sänkning av temperaturen på jorden.

Solen är den huvudsakliga energikällan för alla planeter i solsystemet. Denna energi levereras till jorden i form av solstrålning i olika våglängder, som kallas total solstrålning. Variationer i solstrålningen leder till uppvärmning av den övre planetariska atmosfären och komplexa processer för solenergitransport mot en planetarisk yta.

Tecknen på solaktivitet ses i cykliska 11-åriga variationer av antalet solfläckar på solytan med hjälp av det genomsnittliga månatliga antalet solfläckar per månad som ett mått på solaktivitet under de senaste 150 åren. Solcyklerna beskrevs av solens dynamomekanism i solens inre som genererar magnetiska rep i botten av solens konvektiva zon.

Dessa magnetiska rep färdas genom solens inre och uppträder på solens yta, eller fotosfären, som solfläckar som anger de fotpunkter där dessa magnetiska rep är inbäddade i fotosfären.

Solfläckarnas magnetfält bildar ett toroidalt fält medan solens bakgrundsmagnetfält bildar ett poloidalt fält. Solens dynamo omvandlar cykliskt poloidfältet till toroidfält som når sitt maximum vid en solcykelmaximum och sedan toroidfältet tillbaka till poloidfältet mot ett solminimum. Det är uppenbart att för samma ledande polaritet hos magnetfältet i solfläckar på samma halvklot bör solcykelns längd förlängas till 22 år.

Trots att man förstår den allmänna bilden av en solcykel var det ganska svårt att matcha de observerade solfläckssiffrorna med de modellerade, såvida inte cykeln är långt framskriden. Denna svårighet är en tydlig indikation på att vissa punkter saknas i definitionen av solaktivitet genom solfläckssiffror, vilket gjorde att vi riktade vår uppmärksamhet mot forskningen om solens (poloidala) bakgrundsmagnetiska fält (SBMF) .

Vid tillämpning av Principal Component Analysis (PCA) på de lågupplösta magnetogrammen för hela skivan som togs upp under cyklerna 21-23 av Wilcox Solar Observatory, upptäckte vi inte bara en utan två huvudkomponenter av detta solens bakgrundsmagnetiska fält (se figur 1, översta diagrammet) som är förknippade med två magnetiska vågor som markeras med röda och blå linjer. Författarna har härlett matematiska formler för dessa två vågor som anpassar huvudkomponenterna från data från cyklerna 21-23 med serier av periodiska funktioner och använde dessa formler för att förutsäga dessa vågor för cyklerna 24-26. De två vågorna uppkommer i olika skikt av solens inre och har nära men inte lika höga frekvenser. Den sammanfattande kurvan för dessa två magnetiska vågor (figur 1, nedre diagrammet) avslöjar interferensen mellan dessa vågor som bildar maxima och minima för solcyklerna.

Den sammanfattande kurvan för två magnetiska vågor förklarar många egenskaper hos elvaårscyklerna, som dubbla maxima i vissa cykler, eller asymmetri i solaktiviteten på motsatta halvklotet under olika cykler. Zharkova et al. kopplade modulens sammanfattande kurva till de genomsnittliga solfläckssiffrorna för cyklerna 21-23 enligt figur 2 (övre diagrammet) och förlängde denna kurva till cyklerna 24-26 enligt figur 2 (nedre diagrammet). Det verkar som om amplituden för det sammanfattande solmagnetfältet som visas i den sammanfattande kurvan minskar mot cyklerna 24-25 och blir nästan noll i cykel 26.

Zharkova et al. föreslog att man skulle använda den sammanfattande kurvan som en ny proxy för solaktivitet, som inte bara använder amplituden av en solcykel utan också dess ledande magnetiska polaritet i solens magnetfält.

I figur 3 visas den sammanfattande kurvan som beräknats med de härledda matematiska formlerna framåt för 1200 år och bakåt för 800 år. Denna kurva avslöjar uppkomsten av stora solcykler på 350-400 år som orsakas av interferensen mellan två magnetiska vågor. Dessa stora cykler skiljs åt av stora solminima eller perioder med mycket låg solaktivitet . Det föregående stora solminimumet var Maunderminimum (1645-1710), och det andra före detta kallades Wolfminimum (1270-1350). Som framgår av figur 3 från en prognos av Zharkova et al. närmar sig två moderna stora solminimum i solen under de kommande 500 åren: det moderna under 2000-talet (2020-2053) och det andra under 2400-talet (2370-2415).

De observerade egenskaperna hos de två magnetiska vågorna och deras sammanfattningskurva passade nära in på dubbla dynamovågor som genereras av dipolmagnetiska källor i två skikt i solens inre: inre och yttre skikt , medan andra tre par magnetiska vågor kan produceras av fyrdubbla, sexdubbla och åttdubbla magnetiska källor tillsammans med dipolkällan som definierar det synliga utseendet av solens aktivitet på ytan.

För närvarande har solen avslutat solcykel 24 – den svagaste cykeln under de senaste drygt 100 åren – och 2020 har den påbörjat cykel 25. Under perioder med låg solaktivitet, såsom det moderna stora solminimum, kommer solen ofta att sakna solfläckar. Detta är vad som observeras nu i början av detta minimum, eftersom solen under 2020 har haft totalt 115 fläckfria dagar (eller 78 %), vilket innebär att 2020 är på väg att överträffa rymdåldersrekordet på 281 fläckfria dagar (eller 77 %) som observerades under 2019. Starten av cykel 25 är dock fortfarande långsam när det gäller att avfyra aktiva regioner och utbrott, så för varje extra dag/vecka/månad som passerar förlängs nollan i solaktivitet, vilket markerar en start på ett stort solminimum. Vilka konsekvenser får denna minskning av solaktiviteten för jorden?