Hosszan tartó rendkívüli mágneses vihar tevékenységek 1770-ben, megtalálhatók a történelmi dokumentumokban

Hisashi Hayakawa 1,11

vihar

Az ePub3 fájlformátum előnyeinek kihasználásához eReaderre vagy kompatibilis szoftverre van szükség.

3279 Összes letöltés

Ossza meg ezt a cikket

1 Graduate of Letters, Oszakai Egyetem, 1-5 Machikaneyama-cho, Toyonaka, 5600043, Japán

2 Nemzeti Japán Irodalmi Intézet, 10-3, Midori-cho, Tachikawa, 1900014, Japán

3 Fenntartható Humanoszféra Kutatóintézete, Kiotói Egyetem, Gokasho, Uji, 6110011, Japán

4 szinergetikai űrkutatási egység, Kiotói Egyetem, Kitashirakawa-oiwake-cho, Sakyo-ku, Kiotó, 6068306, Japán

5 Kwasan Obszervatórium, Kiotói Egyetem, 17 Ohmine-cho, Kita-Kazan, Yamashina-ku, Kiotó, 6078471, Japán

6 Smead Repüléstechnikai Tanszék, Colorado Egyetem Boulder, 2598 Colorado Avenue, Boulder, CO 80302, USA

7 Magashegyi Megfigyelő Intézet, Országos Légköri Kutatóközpont, 3080 Center Green Drive, Boulder, CO, 80301, USA

8 Graduate School of Science, Kiotói Egyetem, Kiotó, Kitashirakawa Oiwake-cho, Sakyo-ku, Kiotó, 6068502, Japán

9 Chiba Közgazdasági Egyetem, 3-59-5 Todoroki-cho, Inage-ku, Chiba, 2630021, Japán

10 Kiegészítő, az emberi túlélhetőség terén végzett integrált integrált tanulmányok felsőfokú iskolája, Kiotói Egyetem, 1 Nakaadachi-cho, Yoshida, Sakyo-ku, Kiotó, 6068306, Japán

11 JSPS tudományos munkatárs, 5-3-1, Mari-cho, Chiyoda-ku, Tokió, 1020083, Japán.

Delores J. Knipp

2017. szeptember 26-án kapott
Elfogadva 2017. október 23
Publikálva 2017. november 29

Absztrakt

A halványvörös aurora alacsony mágneses szélességeken a mágneses viharok vizuális és felismert megnyilvánulása. Az 1770. szeptember 16–18-án Kelet-Ázsiában látott nagy alacsony szélességi fokú aurorális megjelenéseket az egyik legnagyobb viharnak tekintik. A közelmúltban talált, 111 kelet-ázsiai történelmi dokumentum igazolja, hogy ezek az alacsony szélességi fokú aurorális kijelzők 1770. szeptember 10–19. Között majdnem kilenc éjszaka egymás után jelentek meg alacsony mágneses szélességű területeken (BibTeX RIS

1. Bemutatkozás

A napkitörések súlyosan befolyásolhatják a geotér környezetet és az emberi tevékenységeket (Schwenn 2006; Cannon és mtsai 2013; Knipp és mtsai 2016; Oughton és mtsai 2016). Az úgynevezett Carrington-i időjárási eseményt 1859-ben a teleszkópos megfigyelések történetében a legszélsőségesebbnek tartják (Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a). A modern civilizáció nagyban támaszkodik műholdakra és nagyméretű áramhálózatokra. Ha ezek az események most a Földet sújtanák, a következmények katasztrofálisak lehetnek (Schwenn 2006; Cannon és mtsai 2013; Knipp és mtsai 2016; Oughton és mtsai 2016). A napkitörések és az ebből eredő mágneses viharok előfordulási gyakoriságának és felső határának megértése ezért elengedhetetlen, bár a modern tudományos megfigyelések rövid története és az ilyen események ritkasága ezt megnehezíti (Riley & Love 2017). A legújabb tanulmányok azt sugallják, hogy a Nap sokkal erősebb űrjárási eseményeket képes előállítani, mint amit a modern társadalom tapasztalt; például számos "szuperlángot" találtak a napszemű csillagokban, amelyek nagyságrendekkel energikusabbak, mint az eddigi legerősebb napkitörések (Maehara et al. 2012). Függetlenül a kozmogén izotóp éles tüskéit találták a fagyűrűkben, amelyek rendkívül nagy kozmikus sugárzást sugallnak, amely valószínűleg intenzív napkitörésekből származik (Miyake et al. 2012; Mekhaldi et al. 2015).

A Carrington-fáklyát, amelyet Carrington (1859) és Hodgson (1859) egyidejűleg figyelt meg, benchmark eseménynek tekintették az extrém űrjárási időjárás vizsgálatában (Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa és mtsai. 2016a). Ez a fellángolás nagy mágneses vihart és aurorális aktivitást váltott ki. Az aurora nagyon alacsony szélességi fokú régiókban volt megfigyelhető, mint például Chile, Hawaii, a Karib-tenger partja és Japán, és ennek eredményeként számos különféle rekord született. Az aurora körülbelül 20 ° -ig volt tanúja

23 ° dipólusú mágneses szélességben (MLAT; Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a).

A nagy mágneses vihar gyakran a napkoszorú tömeges kilökésének következménye (CME; Tsurutani et al. 2003), bár nincs egy az egyben megfelelés, mert a bolygóközi mágneses tér déli eleme nem mindig van beágyazva a hüvelyes mezők vagy bolygóközi CME felhők (Cliver & Dietrich 2013). A mágneses viharok erősségének mérése kihívást jelent, ha a geomágneses mező adatai korlátozottak vagy nem állnak rendelkezésre (Kimball 1960; Tsurutani et al. 2003; Green & Boardsen 2006; Cliver & Dietrich 2013). Megfigyelések alapján az aurorális ovális szélességi kiterjedése összefügg a világméretű geomágneses zavarokkal (Schultz 1997; Yokoyama et al. 1998); így a történeti feljegyzések alapján becsült aurális ovális egyenlítői kiterjedését használták proxynak a mágneses vihar intenzitásának mérésére.

2. Módszerek és forrásdokumentumok

2.1. Auroral Records in Historical Documents

2.2. Kortárs napfolt rajzok

Ami a korabeli napfoltrajzokat illeti, konzultáltunk Johann Caspar Staudacher napfoltrajzainak sorozatával, amelyek az 1749 február 15-től 1796 január 31-ig terjedő időszakra vonatkoznak, és amelyeket megőriztek, és amelyeket Arlt (2008) digitalizált. Itt nagy napfoltcsoportokat (aktív régiókat) találunk 1770. szeptember 12. és 22. között. A napfoltos csoportok területét szeptember 16-án a Nap félgömbjeinek 6000 milliomodáig mérjük. Az (1) egyenlet felhasználásával Shibata et al. (2013) szerint ennek a napfoltcsoportnak a fellángoló energia felső határa körülbelül 10 34 ergre becsülhető.

2.3. A megfigyelési helyek mágneses szélességének kiszámítása

Az aurora kiterjedése a legalacsonyabb MLAT szempontjából a mágneses vihar erősségének helyettesítője (Schultz 1997; Yokoyama et al. 1998). A mágneses vihar erejének becsléséhez kiszámítottuk a megfigyelési helyek korabeli MLAT-ját, amelyet a megfigyelési hely és a geomágneses egyenlítő közötti szög határoz meg. A geomágneses egyenlítő a Föld nagy köre, amelynek síkja merőleges a Föld dipólusmezőjének tengelyére. Kiszámítottuk a korabeli mágneses pólus (a Föld dipólusmezõjének tengelye) helyét az elmúlt négy évszázadot lefedõ GUFM1 geomágneses mezõmodell számára biztosított szférikus harmonikus együtthatókkal (Jackson és mtsai. A geomágneses mező dipól komponensén alapuló MLAT-ot használtuk, amelyet dipólus MLAT-nak hívunk, hacsak másképp nem említettük.

3. Eredmények

Az 1859-es aurora tanújaként egy japán krónikás észrevette, hogy az esemény hasonló az 1770. szeptember 17-i eseményhez (Hayakawa et al. 2016a). Az 1770 aurorae, amely alig egy évvel következett be a 2. napciklus után, 1769-ben (Clette és mtsai. 2014), nagyon kiemelkedő volt Japánban (Willis et al. 1996; Nakazawa et al. 2004). Az 1. ábra és a függelék Az 5. (a) és (b) ábrák az égbolt korabeli rajzait mutatják be élénk piros színben, amelyek az ég széles területét lefedik. Az 1770-es aurorákat a déli féltekén Joseph Banks és Sydney Parkinson is megfigyelte a HMS Endeavour fedélzetén Cook kapitány legénységének speciális tagjaiként, és ezért ismert, hogy a legkorábbi feljegyzés mindkét féltekén egyidejű aurorális megfigyelésekről (Banks 1962; Parkinson 1773; Willis és mtsai., 1996). Mivel a kelet-ázsiai megfigyeléseket nem állítottuk össze az esemény átfogó mértékének tanulmányozása érdekében, áttekintjük ezeket a kortárs történelmi dokumentumokat, hogy összegyűjtsük az 1770-es esemény 111 releváns történelmi feljegyzését, és összehasonlítsuk őket az aurorális láthatóság szempontjából a carringtoni eseménygel.

1.ábra. J091762 = MS Special 7–59, Nemzeti Diétakönyvtár, ld. 6b – 7a (Nagoyánál): megfelel a J091762 rekordnak a függelék 1. táblázatában. (Jóvoltából: a Nemzeti Diétakönyvtár).

A 2. ábra az aurorális megfigyelések helyét mutatja 1770. szeptember 16–18. Között az MLAT kontúrokkal együtt, a GUFM1 mágneses tér modell segítségével számítva (Jackson és mtsai. 2000). A legtöbb egyenlítő irányú megfigyelés a Dòngtínghú 18 8 MLAT-nál volt (C091707: N28 ° 51 ', E112 ° 37') szeptember 17-én, a második pedig a Timor-sziget közelében, −20 6 MLAT volt, Cook kapitány legénységének speciális tagjai szeptemberben. 16 (CJC0916: S10 ° 27 ', E112 ° 49'). Így 1770 aurorális esemény szélességi kiterjedése legalább összehasonlítható volt a carringtoni eseményével.

2. ábra. Az aurora megfigyelések helyszínei 1770. szeptember 16–18. A GUFM1 történelmi mágneses tér modell szerint a mágneses északi pólus N70 8, E 303 4 ponton volt 1770-ben. Az egyes rekordok dátuma, színe, kifejezés, irány, időtartam, megfigyelési hely, földrajzi koordináták, geomágneses szélesség és bibliográfia a függelék táblázatai tartalmazzák .

Különösen érdekes Cook kapitány (CJC0916; Willis és mtsai. 1996) −20 6 MLAT-nál végzett feljegyzése, amelynek során az aurora szögmagassága "körülbelül húsz fokos magasságot ér el a láthatár felett". Feltételezve, hogy a jól látható vörös aurora felső része elérte a 300 km magasságot, az aurora ovális egyenlítői széle 300 km magasságban 27 ° MLAT-ra becsülhető. A talaj mágneses lábnyoma az MLAT 29 ° -ban helyezkedik el. (Az észak – déli szimmetria miatt kihagytuk a jelet, és a dipólusú mágneses teret használtuk.) Várható, hogy a 27 ° –29 ° MLAT-nál a vöröses aurora elterjedt az égen, beleértve a zenitet is. Ezt támasztja alá Kínában a 27 1 MLAT (C091605) szám alatti rekord, amely szerint ugyanazon a napon "piros lámpa keresztezte az eget".

A 3. ábra az aurorális megfigyelések MLAT-jainak eloszlását mutatja az idő függvényében. Szeptember 17-én az aurórát sok ponton figyelték meg, 18 8 és 31 6 MLAT között. Fontos megjegyezni, hogy az aurorák tanúi voltak az MLAT-ban

3. ábra. Az aurorális megfigyelések időzítése a szeptember 10–19. Között, a GMT szerint. Az egyes rekordok idejét és időtartamát a függelék táblázatai mutatják .

A 4. ábra Staudacher (Arlt 2008) 1770. szeptember 14–18-i napfoltrajzait mutatja, amelyek rendkívül nagy és összetett napfoltcsoportot ábrázolnak. Ezt a nagy napfoltot szabad szemmel is megfigyelték Japánban (J091713) 1770. szeptember 17. körül. Például a szeptember 16-i rajz alapján a korrigált napfolt területét a Nap látható féltekéjének 6000 milliomodáig mérik, több mint kétszer akkora a napfoltcsoport 1859-es Carrington-eseménye során (Cliver & Dietrich 2013; Hayakawa et al. 2016a), és összehasonlítható a legnagyobb ismert napfoltcsoporttal 1947 áprilisában (Newton 1955; Koyama 1985; Knipp et al. 2017). Mindazonáltal elismerjük, hogy Staudacher rajzainak pontossága vagy részletessége még mindig különös figyelmet igényel, amint azt Arlt (2008) megjegyezte.

4. ábra. Johann Caspar Staudacher (jóvoltából: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdamban) 1770-ben átnyúló napfoltrajzok, szeptember 14–18. Rajzai szeptember 1-jén, 6-án, 7-én, 12-én és 14–28-án, október 3-án, 4-én, 5-én, 10-én, 13-án, 16-án, 24-én és 26-án borítanak.

4. Beszélgetések

2. táblázat. Kortárs megfigyelések Japánban

Táblázat letöltése: ASCIITypeset images: 1 2

3. táblázat. Cook kapitány kortárs megfigyelései

Azonosítószám Hónap Dátum Szín Kezdés Vége G. lat. G. hosszú. MLAT
CJC0916 1770 Szept 16. R 22:00 24:00 S10 ° 27 ' E112 ° 49 ' −20,6

A.2. Történelmi dokumentumok hivatkozásai

Annak érdekében, hogy megismerjük a szabad szemmel megjelenő napfoltokat és az alacsony szélességi fokú aurorákat 1770 szeptember – október között, megvizsgáltuk a korabeli történelmi dokumentumokat. Az alábbiakban mutatjuk be referenciáikat. Abban az esetben, ha könyvként vagy kritikai kiadásként jelentek meg, formátumukat a következőképpen adják meg: "Rekordazonosító szám = Forrásdokumentum romanizált címe, oldal/fóliószám: A forrásdokumentum hivatkozása eredeti nyelven." A koreai történelmi dokumentumok nincsenek nyilvántartási azonosító számmal, mert nem tartalmazzák a fő szövegben tárgyalt auroral jelölteket. A forrásdokumentumok hivatkozásai a következők: "Rövidítés: Szerző neve, Dokumentum neve, megjelenés éve." Abban az esetben, ha valamilyen más névvel ellátott kiadványban szerepelnek, formátumukat a következőképpen adják meg: "Rövidítés: Címük; Szerző neve, Dokumentum neve, megjelenés éve." Abban az esetben, ha azokat nem publikálták és kéziratként őrzik, a formátumukat a következőképpen adják meg: "Rövidítés: Dokumentum neve, [Tulajdonos; polcjel]." Annak érdekében, hogy a történeti dokumentumok nyomon követhetők maradjanak a cikk olvasói számára, megmutatjuk a szerzők és dokumentumok nevét eredeti nyelvükön, miközben rövidítéseket mutatunk be angolul.