Güneş'in arka yüzündeki lekeler: sahte sinyalleri eleyen olasılık modeli geliştirildi

Güneş kendi ekseni etrafında yaklaşık 27 günde bir döndüğü için Dünya'dan her an yalnızca yarısını görebiliyoruz. Arka yüzde doğan ya da büyüyen bir leke grubu, ancak dönerek görüş alanına girdiğinde fark ediliyor. Southwest Research Institute'tan (SwRI) Bibhuti Kumar Jha'nın öncülüğündeki ekip, bu kör noktayı ses dalgalarıyla elde edilen haritalardan güvenilir biçimde doldurmanın bir yolunu geliştirdi. The Astrophysical Journal Supplement Series'te yayımlanmak üzere kabul edilen çalışmanın ön baskısı 31 Ağustos'ta arXiv'de paylaşıldı.

Ekipte SwRI'ın yanı sıra NorthWest Research Associates, Stanford Üniversitesi, ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı ve ABD Ulusal Güneş Gözlemevi'nden araştırmacılar yer alıyor.

Arka yüz neden önemli?

Güneş yüzeyindeki manyetik alan haritaları, koronayı ve Güneş rüzgârını hesaplayan modellerin alt sınır koşulunu oluşturuyor. Bu modeller de uzay havası tahminlerinin temelini atıyor. Yüzey akı taşınımı modelleri, görünen yüzdeki gözlemleri Güneş'in dönüşü ve yüzey akışlarıyla ilerleterek tüm Güneş'in haritasını çıkarıyor; ama arka yüzde yeni doğan etkin bölgeleri ya da orada büyümeye devam edenleri bilemiyor. Makalede verilen örnekte, NASA'nın STEREO aracının arka yüzde açıkça gördüğü bir etkin bölge, modelin haritasında hiç yer almıyor.

Güneş'in içinden geçen sesler

Bu açığı kapatmanın bir yolu helyosismoloji. Güneş'in çalkantılı dış katmanında oluşan ses dalgaları yıldızın içinde yol alıyor; arka yüzdeki güçlü manyetik bölgelerden geçen dalgaların varış süreleri hafifçe değişiyor. Yer tabanlı GONG ağı ve NASA'nın Solar Dynamics Observatory (SDO) aracındaki HMI aygıtı, görünen yüzdeki salınımlardan bu gecikmeleri ölçerek arka yüzün düzenli haritalarını üretiyor.

Sorun güvenilirlik. Bu haritalar gürültülü, çözünürlükleri sınırlı ve zaman zaman "hayalet" etkin bölgeler gösteriyor; yani gerçekte orada olmayan bölgeler. Makalede aktarılan önceki çalışmalara göre GONG'un arka yüzde saptadığı etkin bölgelerin yaklaşık yüzde 10'unun aşırı morötesi görüntülerde karşılığı yok.

STEREO ile eğitilen bir süzgeç

Ekip, iki STEREO aracının Güneş'in arka yüzünü doğrudan görebildiği 13 Mayıs 2010 ile 18 Ağustos 2014 arasındaki 304 ångströmlük aşırı morötesi görüntüleri bir tür "doğru cevap anahtarı" olarak kullandı. Helyosismik haritalardaki her etkin bölge adayı, aynı anın STEREO görüntüsüyle karşılaştırılıp gerçek ya da hayalet olarak etiketlendi. Ardından manyetik akı, alan şiddeti ve konum gibi özelliklerden bir adayın gerçek olma olasılığını hesaplayan bir lojistik regresyon modeli kuruldu.

Modelin başarısı, eğitimde kullanılmayan 2.046 adaylık bir alt kümede sınandı. Hayalet bölgelerin yaklaşık yüzde 90'ını reddedecek biçimde seçilen eşikte, modelin "gerçek" dediği adayların yüzde 93'ü gerçekten etkin bölge çıktı. Bunun bedeli de var: Aynı eşikte gerçek bölgelerin yalnızca yaklaşık yarısı süzgeçten geçiyor. Ekip ayrıca helyosismik akı tahminlerini Adveksiyonlu Akı Taşınımı (AFT) modelinin ölçeğine çeviren bir bağıntı türetti ve bu yolla eklenen bölgelerin birkaç Güneş dönüşü boyunca görünen yüzdeki gözlemlerle tutarlı biçimde evrildiğini gösterdi.

Kayıp akı ve uzay havası

Çalışmanın en çarpıcı sonucu küresel ölçekte. Yalnız görünen yüzle beslenen geleneksel AFT benzetimleri, Güneş'in toplam işaretsiz manyetik akısını, toplam akı bütçesinin yaklaşık yüzde 10-20'si kadar eksik hesaplıyor. Bu eksik, koronal ve heliosferik modellere eksik bir alt sınır verilmesi demek. Arka yüz bilgisinin Güneş rüzgârı tahminlerini ne kadar iyileştirdiği konusunda önceki çalışmalar çelişkili sonuçlar vermişti; yazarlar bu tartışmanın ancak arka yüzün daha doğru temsiliyle çözülebileceğini belirtiyor.

STEREO araçlarından biriyle bağlantının kopmasıyla arka yüzün sürekli doğrudan görüntülenmesi artık mümkün değil; bu da ses dalgalarına dayanan yöntemi daha değerli kılıyor. Yazarlar çerçeveyi tüm Güneş'in gerçekçi manyetik modellemesine doğru pratik bir adım olarak tanımlıyor. Açık soru, bu yöntemin günlük uzay havası tahminine ne zaman ve ne ölçüde aktarılacağı. Türkiye'de de uzay havası merkezi kurulması 2027 Yıllık Programı'nın gündeminde yer alıyor.