Güneş lekeleri ve 11 yıllık Güneş döngüsü

Güneş'e uygun bir filtreyle bakıldığında yüzeyinde zaman zaman koyu noktalar görülür. Bunlar Güneş lekeleridir: Güçlü manyetik alanların yoğunlaştığı, bu yüzden çevresinden daha soğuk ve daha koyu görünen bölgeler. Lekelerin sayısı rastgele değişmez; yaklaşık 11 yıllık bir ritimle artar ve azalır. Bu ritim, yani Güneş döngüsü, Güneş patlamalarının, koronal kütle atımlarının, kutup ışıklarının ve uzay havasının da temposunu belirler. Güneş'e genel bakış için "Güneş" sayfasına bakabilirsiniz.

Uyarı: Güneş'e asla çıplak gözle, sıradan güneş gözlüğüyle ya da filtresiz dürbün veya teleskopla bakmayın; kalıcı göz hasarına yol açar.

Güneş lekesi nedir?

Lekeler, manyetik akının yoğunlaştığı ve bu yoğunlaşma yüzünden yüzey sıcaklığının düştüğü bölgelerdir. Çevrelerindeki daha sıcak fotosfere göre koyu görünürler.

• Sıcaklık: Lekenin en koyu merkezi olan umbra'da sıcaklık yaklaşık 3.000–4.500 K'dir; çevredeki fotosfer yaklaşık 5.780 K'dir.
• Yapı: Koyu merkezdeki umbrayı, daha açık renkli penumbra çevreler. Umbrada manyetik alan en güçlüdür ve neredeyse dikeydir; penumbrada daha eğiktir.
• Manyetik alan: Lekelerde alan yaklaşık 3.000 gaussa ulaşır; bu, Güneş'in kutuplarındaki 1–2 gausslık alanın binlerce katıdır.
• Boyut: Çapları 16 km'den 160.000 km'ye kadar değişebilir. En büyükleri Dünya'dan defalarca büyüktür.
• Ömür: Tek tek lekeler birkaç günden birkaç aya kadar yaşar; leke grupları ve bağlı oldukları etkin bölgeler haftalarca, aylarca sürebilir.
• Çiftler: Lekeler genellikle zıt manyetik kutuplu çiftler hâlinde, etkin bölgeler içinde ortaya çıkar.
• Wilson etkisi: Lekeler Güneş'in kenarına yaklaşırken görünümleri değişir; bu, lekelerin yüzeyde birer çukur olduğunu düşündürür.

Gözlemin uzun tarihi

• MÖ 800 öncesi: MÖ 800'den önce tamamlanan I Ching, Güneş'teki küçük kararmalardan söz eder.
• MÖ 364: Çinli gökbilimci Gan De'nin yıldız kataloğu, bu tarihe ait bilinçli bir leke gözlemi içerir.
• MÖ yaklaşık 300: Theophrastus bir Güneş lekesinden bahseder.
• Aralık 1128: Worcesterli John, bilinen en eski leke çizimlerini yapar.
• Aralık 1610: Thomas Harriot ilk teleskopik leke gözlemlerini yapar; Mart 1611'de Fabricius'lar bulgularını bildirir. Galileo lekelerin Güneş'in yüzeyinde olduğunu savunur.
• 1843: Samuel Heinrich Schwabe, 17 yıllık gözlemin ardından leke sayısının düzenli artıp azaldığını keşfeder.
• 1908: George Ellery Hale lekelerin manyetik alanlarla bağlantısını ilk kez ortaya koyar.

11 yıllık döngü

Lekelerin sayısı ortalama yaklaşık 11 yılda bir en düşük düzeyden (Güneş minimumu) en yüksek düzeye (Güneş maksimumu) çıkıp tekrar iner. Gözlenen döngülerin uzunluğu yaklaşık 9 ile 14 yıl arasında değişmiştir. Rudolf Wolf döngüleri numaralandırmış ve ilk döngünün başlangıcını Şubat 1755 olarak belirlemiştir; o tarihten bu yana sayılan döngü numaraları bugün de kullanılır. Leke etkinliği, belirli zaman aralıklarında görülen leke ve leke gruplarını sayan Wolf sayısı (göreli leke sayısı) ile izlenir.

Döngü boyunca lekelerin Güneş üzerindeki yeri de değişir. Döngünün başında lekeler yüksek enlemlerde çıkar; maksimuma yaklaştıkça ekvatora doğru iner. Bu düzenliliğe Spörer yasası denir.

Manyetik döngü: 22 yıl

Her yeni döngüde leke çiftlerinin manyetik kutupları yer değiştirir (Hale yasası); Güneş'in genel manyetik kutupları da her döngüde ters döner. Bu yüzden manyetik alanın başlangıçtaki hâline dönmesi iki döngü, yaklaşık 22 yıl sürer. Buna Hale döngüsü denir.

Döngünün motoru: Güneş dinamosu

Döngünün kaynağı, Güneş'in içindeki manyetik alanı sürekli yeniden üreten dinamodur. Babcock–Leighton dinamo modeline göre enerji, kutuptan kutba uzanan (poloidal) manyetik alan ile Güneş'in dönüşü yönünde sarılan (toroidal) alan arasında gidip gelir. Wikipedia'daki Güneş maddesine göre maksimum dönemlerinde toroidal manyetik alan, kaldırma kuvvetiyle fotosferin içinden yükselir ve leke çiftlerini oluşturur.

25. döngü ve Güneş maksimumu

24. döngü Ocak 2008'de başladı ve Aralık 2019'da, 11,0 yıl sonra sona erdi. Çift tepeli bir maksimumu vardı ve 1906'da başlayan 14. döngüden bu yana en zayıf leke döngüsü oldu. Şu anda içinde bulunduğumuz 25. döngü Aralık 2019'da başladı. Tahminler maksimumun 2023–2026 arasında olacağını ve leke sayısının 95–130 aralığına ulaşacağını öngörüyordu.

NASA, NOAA ve uluslararası Güneş Döngüsü Tahmin Paneli 15 Ekim 2024'te Güneş'in maksimum dönemine girdiğini duyurdu. Açıklamaya göre leke etkinliği beklentileri biraz aşmıştı, ancak fırtınalar bu evre için beklenenden büyük değildi. Döngünün o tarihe kadarki en güçlü patlaması 3 Ekim 2024'teki X9.0 sınıfı patlamaydı. Bilim insanları maksimum evresinin yaklaşık bir yıl daha süreceğini öngördü. Döngünün tam zirvesinin hangi ayda yaşandığı ise ancak etkinlik bir süre düzenli biçimde azaldıktan sonra, aylar ya da yıllar içinde belirlenebilir.

Döngünün Dünya'ya etkisi

• Patlamalar ve fırtınalar: Belirli büyüklükteki Güneş patlamaları maksimumda minimuma göre yaklaşık 50 kat daha sık görülür. Jeomanyetik fırtınalar ve Güneş parçacık olayları da maksimuma yakın zirve yapar. Ayrıntısı "Güneş patlamaları, koronal kütle atımları ve Dünya'ya etkileri" sayfasında.
• Işınım: Güneş'in toplam ışınımı döngü boyunca yalnızca yaklaşık %0,1 değişir; bu, ortalama yaklaşık 1.361,5 W/m² üzerinde dipten tepeye yaklaşık 1,3 W/m²'lik bir fark demektir. Morötesi ışınımdaki değişimler ise ozon tabakasını ve radyo yayılımını etkiler.
• İklim: Kaynaklar, Güneş'teki değişimlerin günümüz iklim değişikliğinde yalnızca marjinal bir rol oynadığını belirtir.

Lekesiz yıllar: büyük minimumlar

Döngü her zaman aynı güçte değildir. Tarihte lekelerin uzun süre neredeyse hiç görülmediği dönemler olmuştur:

• Maunder minimumu (1645–1715): Çok az leke kaydedilen bu dönem Küçük Buz Çağı ile çakışır. Wikipedia'nın Güneş lekesi maddesi, bu dönemin 1653–1679 arasındaki kısmında Hevelius'un yalnızca 19 leke grubu kaydettiğini aktarır.
• Dalton minimumu (1790–1820): Etkinliğin belirgin biçimde düşük kaldığı bir başka dönem.

Ayrıca döngülerin genliği yaklaşık 70–100 yıllık daha uzun bir ritimle de değişir; buna Gleissberg döngüsü denir.

Döngüyü tahmin etmek

Güneş döngüsünü önceden kestirmek uydu operatörleri, enerji şirketleri ve uzay ajansları için önemlidir. Dinamo ve manyetik akı taşınımı süreçlerine dayanan fizik tabanlı modeller bir sonraki döngüyü tahmin edebilir. Ancak kaynakların belirttiği gibi döngünün "hafızası" kısadır, yaklaşık bir döngü sürer; bu yüzden güvenilir tahminler genellikle yalnızca bir sonraki döngüyle sınırlıdır.

Kısaca

• Güneş lekeleri, güçlü manyetik alanların sıcak plazma akışını engellediği, 3.000–4.500 K'lik daha soğuk bölgelerdir.
• Leke sayısı ortalama 11 yılda (9–14 yıl arası) bir artıp azalır; Schwabe bunu 1843'te keşfetti.
• Manyetik kutuplar her döngüde ters döner; tam manyetik döngü yaklaşık 22 yıldır.
• 25. döngü Aralık 2019'da başladı; NASA ve NOAA 15 Ekim 2024'te Güneş maksimumu dönemine girildiğini duyurdu.
• Maunder minimumu (1645–1715) gibi dönemlerde lekeler neredeyse kayboldu.

Kaynaklar: Wikipedia — Sunspot, Wikipedia — Solar cycle, Wikipedia — Sun, NASA — NASA, NOAA: Sun Reaches Maximum Phase in 11-Year Solar Cycle, NASA — Sun Facts