Geomagnetische stormen

Het Ruimteweer
Cosmodrome – Genk
14 November 2013
Jan Janssens
Het ruimteweer
– …alle omstandigheden op
de zon en in de
zonnewind, magnetosfeer,
ionosfeer en thermosfeer
die de prestaties en de
betrouwbaarheid van
technologische systemen
in de ruimte en op grond
kunnen beïnvloeden en die
een gevaar kunnen
betekenen voor het
menselijk leven of de
gezondheid.
NSWP
14 november 2013
Het ruimteweer
2
De Zon
• De Zon is een
– Groot
ster
• 1.392.000 km
• 109 * Diameter Aarde
– Zwaar
• 1,99 * 1030 kg
• 332.980 * Massa Aarde
– Dichtstbij
• 149.597.870 km
– = 1 Astronomische
Eenheid
• +/- 8 lichtminuten
– Stralend
• 3,84 * 1026 Watt
• = 1366 W/m2 op
aardatmosfeer
– Zonnewind
• Stroom van geladen deeltjes
• + 400 km/s
14 november 2013
Het ruimteweer
3
De Aarde
• Geomagnetisch veld
– Vervormd door zonnewind
– Magnetosfeer
• Geomagnetisch veld
– Druppelvorm
»
»
Zonzijde: +/- 10 RE
Nachtzijde: > 200 RE
• Van Allen stralingsgordels
• Ringstroom
• Ionosfeer
– Zonnestraling ioniseert
aardatmosfeer
http://www.youtube.com/watch?v=AhNnprAtqWw
• D absorbeert, E en F reflecteren
• Satellieten boven ionosfeer
– Vliegtuigen, radioantennes,…
eronder
– Bepaalt communicatie
• Atmosfeer
– Ozonlaag,…
14 november 2013
Het ruimteweer
http://www.weather.nps.navy.mil/~psguest/EMEO_online/
4
So, what’s all
the fuss about?...
14 november 2013
Het ruimteweer
5
Zonnevlekken
• Ondiepe depressies in de
fotosfeer door
magnetische storingen
die het opstijgen van
heet gas uit het zonneinwendige verhinderen
• Temperatuur
– Umbra: 3500°C
– Penumbra: 4200°C
• Magneetveld
– 3000* sterker dan
ongestoorde fotosfeer
– Bipolair
• Tegengestelde polariteit
14 november 2013
Het ruimteweer
6
Zonnevlekken
De Halloweengroepen (Okt-Nov 2003)
http://sohowww.nascom.nasa.gov/gallery/Movies/sunspots.html
14 november 2013
Het ruimteweer
7
Zonnevlekkencyclus
• Zonnevlekkengetal (SSN)
– SSN = 10.g + f,
• met g het aantal groepen, en f het
aantal vlekken
• Bepaald door het SIDC in
Ukkel!
– http://www.sidc.be/silso/
– Zonnecyclus van +11 jaar
•
•
•
•
Stijgtijd: + 4 jaar
Daaltijd: + 7 jaar
Gem. Max.: 117 (+ 41)
SC24
– Begin: Dec 2008
– Maximum in 2013-2014
» Rmax = 90 + 20 (medium)
» Blijft onder de verwachtingen
• Complexe zonnevlekken oorzaak
van zonneuitbarstingen
14 november 2013
Het ruimteweer
8
Zonne-uitbarstingen
http://sohowww.nascom.nasa.gov/bestofsoho/Movies/movies2.html
• Zonne-uitbarstingen ontstaan door een kortsluiting tussen tegengesteld
magnetische gebieden die dicht bij elkaar liggen
• Hierbij komen grote hoeveelheden energie vrij onder vorm van straling
(EUV, röntgen,…) en geladen deeltjes (protonen, ionen, e-…)
Flares, zonnevlammen
protonenstormen, coronale massa-ejecties (CME)
• Röntgenuitbarstingen worden geklasseerd van X (eXtreem) over M
(Medium) tot C (zwak)
– Elke klasse is 10* sterker dan de vorige
14 november 2013
Het ruimteweer
9
15 Mei 2013
NOAA 1748 – X1.2
14 november 2013
Het ruimteweer
10
13 December 2006
NOAA 0930 – X3,4
14 november 2013
Het ruimteweer
http://solar-b.nao.ac.jp/news_e/20061213_flare_e.shtml
11
Bastille Day Event
14 Juli 2000 – X5,7
14 november 2013
Het ruimteweer
12
Halloween event
28 Oktober 2003 – X17
14 november 2013
Het ruimteweer
13
Ruimteweer
Invloed van zonne-uitbarstingen
Wat
Wanneer
Parameter
Bescherming
Straling (X-ray)
t0
R1 (licht) => R5
(extreem)
M1 => > X20
Proton storm
15-120 min
S1 (licht) => S5 (extreem)
Pfu (>10MeV): 10 => 105
Magneetveld Aarde
20-72 uur
G1 (licht) => G5
(extreem)
Kp = 5 => Kp = 9
Magneetveld Aarde
Geomagnetische storm
(CME)
Aardatmosfeer
http://www.swpc.noaa.gov/NOAAscales/
14 november 2013
Het ruimteweer
14
Invloed van zonne-uitbarstingen
Radio Black-outs
14 november 2013
Het ruimteweer
15
Effect van Protonstormen
14 november 2013
Het ruimteweer
16
Geomagnetische Storm
Poollicht
• Poollicht
– Als energetische deeltjes
langs de veldlijnen van het
geomagnetische veld
bewegen en botsen met
deeltjes uit de atmosfeer
• Zuidwaarts gericht
• Substormen
<200 km: stikstof: blauw
– Zowel noord- als zuidpool
– Noordelijke richting, lokale
middernacht
– Kleuren
– In België: tiental keer / SC
14 november 2013
>200 km: zuurstof: rood
Het ruimteweer
<200 km: zuurstof: groen
(<100 km: stikstof: krimson)
© G. Gonzales, Iowa State University, Okt 2003
17
Poollicht in België
Voorwaarde: Kp > 7
Kp-index
9
8
7
6
5
4
3
2
1
14 november 2013
Zeer zware storm
Zware storm
Grote storm
Matige storm
Kleine storm
Actief
Onrustig
Rustig
Stefan Stumpf, Frankfurt – 5/6 Aug 2011 – Kp = 8
Het ruimteweer
18
Geomagnetische Storm
Poollicht
Terje Sørgjerd https://plus.google.com/107543460658107759808#107543460658107759808/posts
14 november 2013
Het ruimteweer
19
Geomagnetische Storm
Andere effecten
http://www.ofcm.gov/risk/presentations/day%201/1_intro_obj/fc_wel
come_intro_obj_updated.ppt
14 november 2013
Het ruimteweer
20
NOAA 1429
02-16 maart 2012
• Op 3 na grootste groep
uit SC24 (totnogtoe)
– Opp.: 1270 MH
• Blote oog object
– NOAA 1339: 1540 MH
• Zeer complex
• Zeer actief
14 november 2013
Het ruimteweer
25
NOAA 1429
14 november 2013
Het ruimteweer
26
NOAA 1429
X
M
C
– 14 M- en 2 X-flares
• Flare-krachtigste groep van SC24 dusver
– X5,4 op 7 maart: 2de sterkste van SC24 dusver
• Protonflare: krachtigste van SC24 dusver
14 november 2013
Het ruimteweer
27
NOAA 1429
Voornaamste zonnevlammen - Overzicht
X
M
C
2012
Time
(UT)
X-ray
Proton
(pfu)
Location
Halo CME
Speed
Arrival
Transit
(hrs)
Bz
Kp
04 Mar
10:52
M2,0
-
N19E61
700
07 Mar – 03:35
65
↓
6
05 Mar
04:05
X1,1
-
N19E58
1300
07 Mar - 12:00
56
↓
6
07 Mar
00:24*
X5,4
6530
N17E27
2300
08 Mar – 10:45
34
↑/↓
5/7
09 Mar
03:53
M6,3
-
N15W03
750
12 Mar – 08:40
75
↓
6
10 Mar
17:44
M8,4
-
(N15W26)
850
12 Mar – 16:00
47
↑
4
13 Mar
17:41
M7,9
469
N19W59
1300
15 Mar – 12:40
43
↓
6
* : Gevolgd door een X1,3-flare (NOAA1430 – N22E12) om 01:14UT
14 november 2013
Het ruimteweer
28
NOAA 1429
Voornaamste zonnevlammen – SDO AIA171
14 november 2013
Het ruimteweer
29
NOAA 1429
Voornaamste zonnevlammen – SDO AIA171 - ZOOM
14 november 2013
Het ruimteweer
30
NOAA 1429
Protonstormen en CME’s
14 november 2013
Het ruimteweer
31
NOAA 1429
Protonstormen en CME’s – SOHO LASCO C3
14 november 2013
Het ruimteweer
32
NOAA 1429
Geomagnetische stormen
14 november 2013
Het ruimteweer
33
NOAA 1429
Ruimteweer & andere geomagnetische effecten
• Zonnevlammen (R3)
– Slechts kortstondige radio black-outs
• Protonstormen (S3)
– Omlegging poolvluchten
• Niet straling, maar communicatie
– Astronauten veilig
– Satelliet-instrumenten tijdelijk down
• ACE, Venus Express
• Geomagnetische stormen (G3)
– Poollicht niet spectaculair
• Niet in België
– Geen invloed op GPS, ISS,…
14 november 2013
Het ruimteweer
34
Echt grote zonnestormen…
NOAA
Date event
NOAA
WLF?
Satelliet /
Instrum.
buiten
gebruik?
Sterke
GIC?
Transfo.
verlies?
Comms.
verlies?
Opmerkingen
NOAA
R
S
G
7 Mar 2012
3
3
3
Satelliet
Enkele
Nee
Nee
Polen
Enkele poolvluchten omgeleid
17 Jan 2005
3
3
3
Satelliet
Enkele
Nee
Nee
Polen
Poolvluchten omgeleid voor 4 dagen!
Ja
Malmö
ZuidAfrika
Dagzijde
Geen contact met beklimmers Mt Everest
en Trans-Atl. Zeilrace
Ozonlaag aangetast
Astronauten diep in ISS meldden « ocular
shooting stars »
28 Oct 2003
4
4
5
Ja
Verlies van
Midori-2
Ja
Nee
Polen
Ozonlaag aangetast (1 %)
ISS verloor 15 km in enkele uren
Fouten in GPS twee keer zo groot
Ja
Québec
Polen
Geen tracking meer van 1300 objecten!
SMM vroegtijdig opgebrand
Ja
British
Columb.
(CAN)
AT&T
Fastest Transit Event (FTE: 14.6 uur!)
Dodelijke dosis voor Apollo-astronauten
indien op de Maan
Ja
Eerste Wit Licht Flare (WLF)
Niet werkende telegraaflijnen
Aurora zichtbaar tot in Cuba en Hawaï
G-storm 3 maal intenser dan Mar 1989
Ozonlaag aangetast (5%)36
14 Jul 2000
3
4
5
Satelliet
Verlies van
Astro-D
10 Mar 1989
4
3
5
Ja
Veel
4 Aug 1972
1 Sep 1859
3
5*
14 november 2013
5+
5+*
5-
5+
Ja
Ja
-
-
Ja
Het ruimteweer
-
We’ll better keep an eye on this one…
14 november 2013
Het ruimteweer
37
Het SIDC ruimteweer voorspellingsteam
• Bestaat uit experten in
verschillende domeinen
• Wekelijkse tour-of-duty
• Voorspelling van
zonneactiviteit,
energetische deeltjes van
de Zon, en
geomagnetische toestand
• Beschikt over talrijke
web-tools en –interfaces
– http://www.sidc.oma.be/index.php
Previweb
Het SIDC ruimteweer voorspellingsteam
14 november 2013
Het ruimteweer
39
Ruimteweersatelliet: PROBA2
Incl. PROBA2 Science Centre (P2SC)
14 november 2013
Het ruimteweer
40
Het ruimteweer coördinatiecentrum (SSCC)
14 november 2013
Het ruimteweer
41
Meer informatie over het Ruimteweer
en de Ruimteweerdiensten in Ukkel
• SIDC:
– http://www.sidc.oma.be/index.php
• STCE:
– http://stce.be/index.php
• P2SC:
– http://proba2.oma.be/
• SSCC:
– http://swe.ssa.esa.int/web/guest/ser
vice-centre
• Europese Week van het
Ruimteweer
– http://www.stce.be/esww10/
– Contact [email protected]
14 november 2013
Het ruimteweer
42
Vragen
?
Temperatuursevolutie
“gemiddelde” zonneatmosfeer
131Å
094Å
335Å
211Å
14 november 2013
4500Å
Het ruimteweer
1700Å
304Å
44
1600Å
171Å
193Å