Feble relació entre l'activitat solar i el camp magnètic terrestre

En el marc del Treball de Recerca de Batxillerat de l’alumna Helga Colomer (Saint George’s School, Fornells de la Selva, Girona), en el que he col·laborat amb Astrogirona, us compartim una informació molt interessant sobre els cicles d’activitat solar i el camp magnètic terrestre.

El treball esmentat és “Aurora: com el Sol encén les nostres nits”, sobre les aurores polars i l’activitat solar, i el podeu consultar a l’apartat “Recerca” del web d’Astrogirona.

Per a complementar la part pràctica d’aquest projecte vaig proposar anotar mesures de la intensitat del camp magnètic terrestre per a comparar-les amb les mesures d’activitat solar que, mitjançant el càlcul del nombre de Wolf, que havia estudiat l’Helga Colomer.

L’Helga ens explica que “el rol de l’activitat solar és indispensable en la formació d’aurores. Fer-ne un seguiment és de rellevància per al treball perquè l’activitat solar és responsable de l’emissió de grans grups de partícules carregades, i/o ejeccions de massa coronal, que acaben col·lidint amb les partícules de la nostra magnetosfera. En definitiva, sense la radiació emesa pel Sol, no seria possible observar aquests fenòmens.

El vent solar, responsable de mobilitzar l’emissió de partícules carregades, sorgeix també de les taques solars. És per això que és important fer un seguiment del nombre de Wolf, que ens permet quantificar i controlar el nombre de taques solars. Consegüentment, aquest fet ens permetrà comparar les diferents tendències que mostra l’activitat solar i la potència del vent solar en funció del nombre de taques i grups de taques solars.”

El càlcul del nombre de Wolf es va realitzar a partir d’observacions directes a l’Observatori Can Roig, a Llagostera, Girona, i imatges solars diàries de la sonda SDO (Solar Dynamics Observatory).

Es va fer un seguiment del nombre de Wolf a diari des de gener a agost de 2022, fent un recull de les dades en fulls de càlcul que permeten automatitzar l’aplicació de la fórmula W=k(m+10g).

Així, es va poder arribar a algunes conclusions interessants com que, per exemple, en el cas del mes de gener de 2022, s’observa de manera clara una certa tendència sobre el valor del nombre de Wolf: un creixement en el valor del nombre de Wolf durant la segona meitat del mes, és a dir, a partir del 15 de gener.

Aquesta tendència, tot i haver-hi excepcions, s’ha repetit durant molts mesos. Per tant, hem arribat a la conclusió que el més probable és que els màxims en el nombre de Wolf tinguin lloc a la segona meitat de cada mes.

Aquest comportament cíclic mensual es pot observar també clarament en el gràfic següent, que ens permet comparar el nombre de Wolf amb el valor del camp magnètic terrestre.

Sobre el camp magnètic, vaig prendre les mesures de la intensitat geomagnètica de maig a octubre de 2022, a l’Observatori Can Lleonart, situat a Rocafort, Barcelona, amb un geomagnetòmetre ROM MFM-2, i es van comparar amb els valors del nombre de Wolf disponibles en el treball (fins a l’agost de 2022).

Per tal de millorar la visualització de les dues mesures en un únic gràfic es va procedir a multiplicar per 100 el valor del nombre de Wolf, i així es poden comparar ambdues magnituds de manera molt gràfica i directa. De forma que, efectivament, es poden apreciar algunes relacions entre l’activitat solar i el camp magnètic terrestre.

A nivell general, podem dir que quan l’activitat solar baixa, la intensitat del camp magnètic terrestre mesurada en superfície, puja. Malgrat tot, considerem aquesta relació feble.

Per a relacionar ambdues magnituds a nivell estadístic, s’ha efectuat el càlcul del factor de correlació.

El coeficient de correlació de Pearson és un índex que mesura la relació lineal entre dues variables quantitatives. A diferència de la covariància, la correlació de Pearson és independent de l'escala de mesura de les variables i així es pot utilitzar per a mesurar el grau de relació de dues variables sempre que totes dues siguin quantitatives i contínues.

Els coeficients de correlació són indicadors de la força de la relació entre dues variables diferents. Un coeficient de correlació més gran que zero indica una relació positiva entre dues variables. Un valor inferior a zero indica una relació negativa entre dues variables. Per acabar, un valor de zero indica que no hi ha relació entre les dues variables que s'estan comparant.

La possible gamma de valors del coeficient de correlació és de –1,0 a 1,0. En altres paraules, els valors no poden ser superiors a 1,0 ni inferiors a -1,0, i una correlació de -1,0 indica una correlació negativa perfecta i una correlació de 1,0 indica una correlació positiva perfecta. Cada cop que el coeficient de correlació és més gran que zero, és una relació positiva. Per contra, cada cop que el valor és menor que zero, és una relació negativa. Un valor de zero indica que no hi ha cap relació entre les dues variables. Però atenció: la correlació entre les variables no implica necessàriament una causalitat.

En la taula de dades observem que hi ha una majoria de correlacions negatives.

Una correlació negativa (inversa) es produeix quan el coeficient de correlació és inferior a 0. Això és una indicació que les dues variables es mouen en la direcció oposada. En resum, qualsevol lectura entre 0 i -1 vol dir que els dos valors es mouen en direccions oposades. Quan la correlació és -1, es diu que la relació està perfectament correlacionada negativament. En resum, si una variable augmenta, l'altra variable disminueix amb la mateixa magnitud (i viceversa). No obstant això, el grau de correlació negativa dels dos valors pot variar amb el temps (i gairebé mai no estan correlacionats exactament tot el temps).

En el nostre cas, tenim una majoria de la correlació negativa entre el valor del camp magnètic i el nombre de Wolf. Això vol dir que quan el valor del camp magnètic baixa, el nombre de Wolf puja. O vist d’una altra manera, quan l’activitat solar puja, la intensitat del camp magnètic terrestre minva.

En canvi, una correlació positiva, quan el coeficient de correlació és més gran que 0, significa que les dues variables es mouen en la mateixa direcció. Quan és +1, vol dir que les dues variables que es comparen tenen una relació positiva perfecta: quan una variable es mou més alta o més baixa, l'altra variable es mou en la mateixa direcció amb la mateixa magnitud.

Malgrat observar moltes correlacions negatives (i una positiva perfecta), es considera que convé continuar la recerca en aquestes correlacions durant molt més temps per acabar d’obtenir conclusions més acurades, atès que en el període estudiat, considerem que la correlació negativa predominant és feble. Això s’explica perquè quan el valor de la correlació és proper a zero (com les que hem obtingut), generalment entre -0,1 i +0,1, es diu que en realitat les variables no tenen una relació lineal clara (o una relació lineal molt feble).

Rafael Balaguer.