Τι είναι οι ηλιακές εκλάμψεις και πώς μας επηρεάζουν
Ηλιακή έκλαμψη ονομάζουμε την απότομη απελευθέρωση ενέργειας σε μια περιοχή της ηλιακής ατμόσφαιρας. Η ενέργεια αυτή αντιστοιχεί στην ενέργεια εκατοντάδων εκατομμυρίων βομβών υδρογόνου, απελευθερώνεται σε διάρκεια λεπτών και εμφανίζεται ως αύξηση της λαμπρότητας σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τη ραδιοφωνική ακτινοβολία ώς τις ακτίνες Χ και γ. Κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης, το υλικό της ηλιακής ατμόσφαιρας θερμαίνεται με αποτέλεσμα να επιταχύνονται σωματίδια τα οποία απελευθερώνονται στο διάστημα.
Αν και δεν απειλούν άμεσα τη ζωή μας, οι εκλάμψεις επηρεάζουν δραματικά τον διαστημικό καιρό κοντά στη Γη. Σχεδόν ταυτόχρονα με το φαινόμενο, εμφανίζονται διακοπές στις ραδιοφωνικές επικοινωνίες υψηλής συχνότητας. Μερικά λεπτά αργότερα, τα σωματίδια πολύ υψηλής ενέργειας, που επιταχύνθηκαν κατά τη διάρκεια της έκλαμψης, μπορούν να βλάψουν τη διαστημική τεχνολογία (π.χ., δορυφόροι, συστήματα GPS) και το προσωπικό που βρίσκεται εκτεθειμένο στο διάστημα (π.χ., αστροναύτες του διεθνούς διαστημικού σταθμού που εκτελούν εξωτερικές εργασίες).
Το πρόγραμμα FLARECAST
Για την προστασία υποδομών και προσωπικού είναι απαραίτητη η πρόγνωση των εκλάμψεων με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Την πρόκληση αυτή έχει αναλάβει η ομάδα του διεθνούς προγράμματος FLARECAST, που χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, στο πλαίσιο του Προγράμματος – Πλαίσιο Ορίζοντας 2020 (Horizon 2020).
Στο πλαίσιο του FLARECAST, ηλιακοί φυσικοί, ειδικοί τεχνητής νοημοσύνης, προγραμματιστές και ειδικοί σε θέματα επικοινωνίας της επιστήμης ενώνουν τις δυνάμεις τους. Συμμετέχουν εννέα φορείς από έξι χώρες της Ευρώπης: Northumbria University και Met Office (Ηνωμένο Βασίλειο), Trinity College Dublin (Ιρλανδία), Universita Degli Studi Di Genova και Consiglio Nazionale Delle Ricerche (Ιταλία), Centre National de la Recherche Scientifique και Université Paris-Sud (Γαλλία) και Fachhochschule Nordwestschweiz (Ελβετία). Τον συντονισμό του προγράμματος έχει ο δρ. Μανώλης Γεωργούλης, κύριος ερευνητής του Κέντρου Ερευνών Αστρονομίας και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών της Ακαδημίας Αθηνών (ΚΕΑΕΜ). Η ελληνική ομάδα απαρτίζεται επίσης από τον δρ. Κωστή Γοντικάκη, κύριο ερευνητή του ΚΕΑΕΜ, τους μεταδιδακτορικούς ερευνητές δρ. Γιάννη Κοντογιάννη και δρ. Κώστα Φλώριο και τον διαχειριστή Βαγγέλη Αργουδέλη.
Πού στηρίζεται η πρόγνωση των εκλάμψεων
Γνωρίζουμε σήμερα ότι οι ηλιακές εκλάμψεις είναι φαινόμενα μαγνητικής προέλευσης και σχετίζονται με τις ηλιακές κηλίδες και άλλα φαινόμενα της ηλιακής δραστηριότητας. Εμφανίζονται στα κέντρα δράσης, δηλαδή σε περιοχές όπου δημιουργούνται συχνά πολύπλοκοι μαγνητικοί σχηματισμοί. Σε αυτούς αποθηκεύονται τεράστια ποσά ενέργειας, όπως συμβαίνει με ένα λάστιχο που συστρέφεται και περιστρέφεται πολλές φορές. Η εκρηκτική απελευθέρωση αυτής της ενέργειας είναι αυτό που παρατηρούμε ως έκλαμψη.
Για τη μελέτη και την πρόγνωση των εκλάμψεων στηριζόμαστε σε παρατηρήσεις της ηλιακής ατμόσφαιρας από διαστημικά (κυρίως) αλλά και επίγεια όργανα. Έχει παρατηρηθεί ότι όσο μεγαλύτερο και πολυπλοκότερο είναι ένα κέντρο δράσης, τόσο πιθανότερο είναι να εμφανιστεί σε αυτό μια έκλαμψη. Για αυτό τον λόγο, για την πρόγνωση χρησιμοποιούνται ποσότητες που μας δείχνουν πόσο πολύπλοκο είναι ένα κέντρο δράσης και πόση ενέργεια έχει αποθηκευτεί σε αυτό. Η δυσκολία που αντιμετωπίζουν οι ηλιακοί φυσικοί έγκειται στην αδυναμία επιτόπιων μετρήσεων στην ατμόσφαιρα του Ήλιου. Αντίθετα, είναι διαθέσιμες μόνο εικόνες από συγκεκριμένα στρώματά της.
Οι περισσότερες παράμετροι που χρησιμοποιούνται ως δείκτες πρόγνωσης βασίζονται σε εικόνες από τη φωτόσφαιρα, την ορατή «επιφάνεια» του Ήλιου, στις οποίες απεικονίζεται το μαγνητικό πεδίο των κέντρων δράσης. Οι εικόνες αυτές ονομάζονται μαγνητογράμματα και από αυτές μπορούμε να υπολογίσουμε ποσότητες όπως η συνολική ένταση του μαγνητικού πεδίου, η ένταση των ηλεκτρικών ρευμάτων, η ενέργεια κ.λπ. Χρησιμοποιώντας τα αρχεία καταγραφής των εκλάμψεων, οι τιμές αυτών των παραμέτρων συνδέονται με την εμφάνιση ή μη εκλάμψεων μέσα σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα (12, 24 ή 48 ωρών κ.λπ.). Χρησιμοποιώντας στατιστικά μοντέλα, αντιστοιχίζουμε στις τιμές των παραμέτρων αυτών μια πιθανότητα να συμβεί μια έκλαμψη. Μέχρι στιγμής, η επιστημονική κοινότητα έχει αναπτύξει και χρησιμοποιεί κάποιες μεθόδους για να παρέχει προγνώσεις σε ενδιαφερόμενους φορείς.
Ο σκοπός του προγράμματος FLARECAST
Το FLARECAST θα δημιουργήσει ένα καινοτόμο διαδικτυακό εργαλείο πρόγνωσης των ηλιακών εκλάμψεων, το οποίο θα παρέχει προγνώσεις απαράμιλλης ακρίβειας. Για αυτό τον λόγο, συγκεντρώνει όλες τις μέχρι τώρα προτεινόμενες μεθόδους, τις αξιολογεί και τις συνδυάζει με νέες, τις οποίες αναπτύσσει.
Το FLARECAST χρησιμοποιεί παρατηρήσεις της διαστημικής αποστολής SDO (Solar Dynamics Observatory) της NASA, το οποίο έχει καταγράψει περισσότερα από τέσσερα έτη ηλιακής δραστηριότητας. Επομένως, έχουμε στη διάθεσή μας πολλά εκατομμύρια μετρήσεις καθώς και τις καταγραφές των εκλάμψεων με τις οποίες αυτές συνδέονται. Η βάση δεδομένων FLARECAST θα περιέχει όλες αυτές τις παρατηρήσεις, μαζί με τους υπολογισμένους δείκτες πρόγνωσης. Αυτοί θα τροφοδοτούν καινοτόμους αλγόριθμους μηχανικής μάθησης (νευρωνικά δίκτυα, μηχανές διανυσμάτων υποστήριξης, τυχαία δάση κ.λπ.), οι οποίοι «εκπαιδεύονται» να διακρίνουν τα κέντρα δράσης που μπορούν να δώσουν μια έκλαμψη μέσα στις επόμενες ώρες.
Η καινοτομία του προγράμματος FLARECAST
Η αξιολόγηση των προγνώσεων έχει μεγάλη σημασία για το πρόγραμμα. Κάθε πρόγνωση δίνεται υπό τη μορφή πιθανότητας, επομένως είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα ποσοστά επιτυχίας ή αποτυχίας της. Ανάλογα με τον ενδιαφερόμενο χρήστη, η πρόγνωση μπορεί να έχει διαφορετικά ποιοτικά χαρακτηριστικά. Για κάποιους απαιτείται να είναι ελάχιστες οι εσφαλμένα θετικές προγνώσεις, διότι τα μέτρα πρόληψης κοστίζουν. Για άλλους είναι πιο σημαντικό να είναι ελάχιστες οι εσφαλμένα αρνητικές, διότι και η παραμικρή πιθανότητα να συμβεί μια ζημιά θα είχε ανυπολόγιστο κόστος. Μία από τις καινοτομίες του προγράμματος είναι ότι φέρνει κοντά τους επιστήμονες με τους χρήστες ώστε να βελτιστοποιήσει τις προγνώσεις με βάση τις ανάγκες τους. Το εργαλείο πρόγνωσης επιτρέπει επίσης στον χρήστη να «τρέξει» τα δικά του προγνωστικά, χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους και τα μοντέλα που επιθυμεί.
Από τη σκοπιά της βασικής έρευνας, το FLARECAST θα παρέχει μια παγκόσμια ανοιχτή βάση δεδομένων, ώστε τα αποτελέσματά του να αξιοποιηθούν κατά το δυνατό από την επιστημονική κοινότητα. Πέρα από το όποιο πρακτικό αντίκρισμα, βασικός στόχος του προγράμματος είναι η κατανόηση του θεμελιώδους μηχανισμού εκδήλωσης των εκλάμψεων και του πόσο κοντά μπορεί να φτάσει η ανθρωπότητα στην πρόγνωσή τους.
Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να αναζητηθούν στον ιστότοπο: http://flarecast.eu/
