Δρ. Γιάννης Κοντογιάννης, Κέντρο Έρευνας Αστρονομίας και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών, Ακαδημία Αθηνών

Η πρόβλεψη των εκλάμψεων στον 21ο αιώνα

Ζώντας με τον Ήλιο, έναν απρόβλεπτο Γίγαντα

4/5/2016Διαδραστική Έκθεση Επιστήμης και Τεχνολογίας, Ίδρυμα

Ευγενίδου

4/5/2016Διαδραστική Έκθεση Επιστήμης και Τεχνολογίας, Ίδρυμα

Ευγενίδου

Ο πυρήνας του είναι ένας θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας!

Πού τη βρίσκει τόση ενέργεια;

http://members.wolfram.com/jeffb/visualization/proton-proton.shtml https://commons.wikimedia.org

Πού τη βρίσκει τόση ενέργεια;

Η ενέργεια αυτή αρχικά ταξιδεύει με τη μορφή ακτινοβολίας

https://commons.wikimedia.orghttps://en.wikipedia.org/wiki/Brownian_motion

Τεράστια ρεύματα μεταφέρουν αυτή την ενέργεια μέχρι την «επιφάνεια»

Πού τη βρίσκει τόση ενέργεια;

4/5/2016 https://commons.wikimedia.org

http://www.isf.astro.su.se/gallery/movies/2006/

Η «αόρατη» ατμόσφαιρα του Ήλιου

http://solarmonitor.org/ & http://www.thesuntoday.org/

Τι είναι οι ηλιακές κηλίδες;

http://www.thesuntoday.org/

Ιστορία των παρατηρήσεων των ηλιακών κηλίδων

John of Worcester, 1128 A.D.

ΜεσαίωναςΟιωνοί και διαβάσεις πλανητών

17 Μαρτίου 807 μ.Χ., Άντελμος (Βενεδικτίνος μοναχός)813 μ.Χ., θάνατος του Καρλομάγνου1128 μ.Χ., Ιωάννης του Worcester, πρώτη αποτύπωση ηλιακής κηλίδας12ος μ.Χ. αι., Αβερρόης

800 π.Χ., Κίνα: I Ching (Βιβλίο των Αλλαγών), "A dou is seen in the Sun", and A mei is seen in the Sun"

371 π.Χ. – 287/5 π.Χ. Θεόφραστος, Περί σημείων: «καὶ ἐὰν ἀνίσχων μέλαν σημεῖον ἴσχῃ, […] κοινὸν ὕδατος σημεῖον καὶ

ανέμου»

Κίνα, Κορέα, αυτοκρατορικοί αστρονόμοι, καταγραφή ηλιακών κηλίδων, στα πλαίσια της μελέτης

(από το 28 π.Χ) ουράνιων φαινομένων για αστρολογικές προβλέψεις

ΑρχαιότηταΣημάδια αλλαγών

Οι παρατηρήσεις των κηλίδων τον από τον 17ο αιώνα

ψεγάδια στην επιφάνεια του Ήλιου

1610, Thomas Harriot, Johannes & David Fabricius,

Cristoph Scheiner

1612, Γαλιλαίος οι κηλίδες είναι ηλιακά φαινόμενα και όχι

πλανήτες. Σύγκρουση με το αριστοτελικό

αιώνιο και άφθαρτο σύμπαν.

17ος -18ος αιώνας, Συστηματική παρατήρηση των κηλίδων και

καταγραφή τους

Ωστόσο, η πολύ μικρή δραστηριότητα του Ήλιου από τα μέσα του

17ου ως τα μέσα του 18ου αιώνα είχε σαν αποτέλεσμα πολύ λίγα

αρχεία και πολύ λίγες καταγραφές σέλαος.

Ιστορία των παρατηρήσεων των ηλιακών κηλίδων

http://obs.astro.ucla.edu/

19ος αι: Schwabe, Wolf, Carrington,

Spörer, Maunder.

Ιστορία των παρατηρήσεων των ηλιακών κηλίδων

19ος αιώνα - σήμερα

Ηλιακή δραστηριότητα, 11ετής κύκλος και Μαγνητισμός στον Ήλιο

Ο αριθμός των κηλίδων μεταβάλλεται με περίοδο 11 ετών

https://www.nasa.gov

http://www.universetoday.com/

1908, George Ellery Hale, Mt Wilson

Ιστορία των παρατηρήσεων των ηλιακών κηλίδων

19ος αιώνα - σήμερα

Ηλιακή δραστηριότητα, 11ετής κύκλος και Μαγνητισμός στον Ήλιο

Το αστεροσκοπείο στο όρος Wilson, στην California

(http://www.space.com/)

Το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου μεταβάλλεται με περίοδο 22 ετών.

G.E.Hale 1868-1938(wikipedia.org)

Τι είναι οι κηλίδες;

1951, H. Babcock

Περιοχές όπου παρατηρούνται πολύ ισχυρά και εκτεταμένα

μαγνητικά πεδία. Στις περιοχές αυτές δεν είναι το ίδιο εύκολη η

μεταφορά της θερμότητας από το εσωτερικό του Ήλιου, με

αποτέλεσμα να φαίνονται σκοτεινές.

Πώς όμως δημιουργούνται οι κηλίδες;

http://www.windows2universe.org/

http://van.physics.illinois.edu/

Η μαγνητισμένη ατμόσφαιρα του Ήλιου

NASA/SDO/Goddard Spaceflight Center

Η μαγνητισμένη ατμόσφαιρα του Ήλιου

NASA/SDO/Goddard Spaceflight Center

http://flarecast.eu/outreach-resources

Γιγαντιαίες κηλίδες (Superspots)

http:// thesuntoday.org

Τα φαινόμενα της ηλιακής δραστηριότητας

http://www.thesuninmotion.com/

“Two patches of intensely bright andwhite light broke out […] My firstimpression was that by some chancea ray of light had penetrated a holein the screen attached to the objectglass […] for the brilliancy was fullyequal to that of direct sunlight”

Η πρώτη παρατήρηση έκλαμψης

Η πρώτη παρατήρηση έκλαμψης - Επιπτώσεις

Η πρώτη παρατήρηση έκλαμψης - Επιπτώσεις

'…so completely were the wires under the influence of the Aurora Borealis,

that it was found utterly impossible to communicate between the telegraph

stations, and the line had to be closed.‘ Chicago Tribune

The French telegraph communications at Paris were greatly affected, and on

interrupting the circuit of the conducting wire strong sparks were observed. The

same thing occurred at the same time at all the telegraphic station in

France…[The Illustrated London News, September 24, 1859].

…The wire was then worked for about two hours

without the usual batteries on the auroral current,

working better than with the batteries connected.

This is the first instance on record of more than a

word or two having been transmitted with the auroral

current…[Washington Daily National Intelligencer, Tuesday, September 6, 1859].

1820 – 1830, πειράματα των Oersted και Faraday,

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και η θεμελίωση του Ηλεκτρομαγνητισμού.

Πώς όμως ένα γεγονός στην ηλιακή ατμόσφαιρα

μπορεί να επηρεάζει το γήινο περιβάλλον;

1820 – 1830, πειράματα των Oersted και Faraday,

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και η θεμελίωση του Ηλεκτρομαγνητισμού.

Πώς όμως ένα γεγονός στην ηλιακή ατμόσφαιρα

μπορεί να επηρεάζει το γήινο περιβάλλον;

Η μαγνητική ασπίδα της Γης

Πώς όμως ένα γεγονός στην ηλιακή ατμόσφαιρα

μπορεί να επηρεάζει το γήινο περιβάλλον;

Γιατί μας νοιάζει;

Οι επιπτώσεις μιας έκλαμψης στη σύγχρονη εποχή

https://www.noao.edu/education/arbse/arpd/sres

Οι επιπτώσεις μιας έκλαμψης στη σύγχρονη εποχή

1. Συνεχής παρακολούθηση του Ήλιου

2. Μελέτη των φαινομένων και αναζήτηση των

φυσικών μηχανισμών - Δημιουργία μοντέλων

3. Δημιουργία υποδομών και δικτύων πρόγνωσης

και ενημέρωσης

Τι μπορούμε να κάνουμε;

Solar Dynamics Observatory

…που στα ελληνικά μεταφράζεται κάπως έτσι: Παρατηρητήριο Ηλιακής Δυναμικής

Ο Ήλιος υπό διαρκή παρακολούθηση

Οι αποστολές

GOES της NASA

Ταξινόμηση με βάση την ένταση

X

M

C

B

A

Ο Ήλιος υπό διαρκή παρακολούθηση

Η παρατήρηση του ηλιακού μαγνητικού πεδίου

Για τη μελέτη του Ήλιου και των φαινομένων του, μετράμε το μαγνητικό

πεδίο στην επιφάνεια του Ήλιου

με ειδικά όργανα που λέγονται μαγνητογράφοι.

Η παρατήρηση του ηλιακού μαγνητικού πεδίου

Για τη μελέτη του Ήλιου και των φαινομένων του, μετράμε το μαγνητικό

πεδίο στην επιφάνεια του Ήλιου

με ειδικά όργανα που λέγονται μαγνητογράφοι.

Ένα μέρος αυτής της

ενέργειας απελευθερώνεται

κατά τη διάρκεια μιας

έκλαμψης (δισεκατομμύρια

μεγατόνων TNT).

Αναζήτηση των φυσικών μηχανισμών: που οφείλονται οι εκλάμψεις;

Μπορούμε να προβλέψουμε πού και πότε;

High Altitude Observatory, Boulder, CO

Το μαγνητικό πεδίο αποθηκεύει ενέργεια

Ένα μέρος αυτής της

ενέργειας απελευθερώνεται

κατά τη διάρκεια μιας

έκλαμψης (δισεκατομμύρια

μεγατόνων TNT).

Μπορούμε να προβλέψουμε πού και πότε;

Αναζήτηση των φυσικών μηχανισμών: που οφείλονται οι εκλάμψεις;

Το μαγνητικό πεδίο αποθηκεύει ενέργεια

High Altitude Observatory, Boulder, CO

Τι σημαίνει «πολύπλοκο»;

Τι σημαίνει «πολύπλοκο»;

http://www.pozorovanislunce.eu/

Μελετώντας τα μαγνητογράμματα προσπαθούμε να:

• Να μετρήσουμε το μέγεθος της ενεργού περιοχής

• Την ένταση των μαγνητικών πεδίων

• Τη διαθέσιμη ενέργεια

• Το είδος των κινήσεων

• Πόσο καλά διαχωρισμένες ή μπλεγμένες είναι

οι πολικότητες

• Αν αναδύονται καινούρια μαγνητικά πεδία

• Πόσο ισχυρά ηλεκτρικά ρεύματα

•

•

•

Τι σημαίνει «πολύπλοκο»;

Άλλοι τρόποι να ποσοτικοποιήσουμε αυτή την πολυπλοκότητα

είναι η χρήση μαθηματικών εργαλείων όπως τα fractals

Τι σημαίνει «πολύπλοκο»;

Επιστρατεύοντας ιστορικά αρχεία, την στατιστική και τα μαθηματικά

Συσχετίζοντας τιμές παραμέτρων και τη δραστηριότητα

που εμφανίζεται, υπολογίζουμε/εκτιμούμε την πιθανότητα

να εμφανιστεί μια έκλαμψη.

Ελέγχουμε και αξιολογούμε τις επιδόσεις των ιδιοτήτων

αυτών ως προγνωστικών.

Επιστρατεύουμε πιο προχωρημένες μεθόδους

ανάλυσης/πρόγνωσης (μηχανική μάθηση, νευρωνικά

δίκτυα)

Guerra et al. 2015

4/5/2016

Η πρόγνωση των εκλάμψεων στον 21ο αιώνα: το πρόγραμμα FLARECAST

Ακαδημία Αθηνών (Συντονιστής, Ελλάδα)

Trinity College Δουβλίνο TCD (Project Scientist,

Ιρλανδία)

Università degli Studi di Genova UNIGE (Ιταλία)

Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR (Ιταλία)

Centre National de la Recherche Scientifique CNRS

(Γαλλία)

Université Paris-Sud UPSud (Γαλλία)

Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW (Ελβετία)

Met Office (Ηνωμένο Βασίλειο)

Η πρόγνωση των εκλάμψεων στον 21ο αιώνα: το πρόγραμμα FLARECAST

• Ένα διαδικτυακό εργαλείο

• Λήψη δεδομένα σε πραγματικό χρόνο (από τη διαστημική αποστολή SDO)

• Υπολογισμός ποσοτήτων που χρησιμοποιούνται ως δείκτες πιθανής έκλαμψης

• Κατασκευή καινοτόμων αλγορίθμων πρόγνωσης (νευρωνικά δίκτυα, μηχανική μάθηση κλπ)

• Αξιολόγηση και βελτίωση

• Ανάπτυξη νέων δεικτών εκλάμψεων

• Έρευνα

• Διάχυση στο κοινό

Η πρόγνωση των εκλάμψεων στον 21ο αιώνα: το πρόγραμμα FLARECAST

Σας ευχαριστώ!!!Καλή χρονιά!