Yeryüzünden derinlemesine bir bakış açısı ile 25. güneş döngüsünün yükselen döneminde uzay havası süreçlerinin analizleri
Analyses of space weather processes during the ascending phase of the 25th solar cycle from an in-depth perspective from earth
Yazar: HASAN ŞAFAK ERDAĞ
Danışman: DOÇ. DR. ZEHRA CAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Uzay havası, Güneş olaylarının güneş sistemindeki bölgede başlattığı çeşitli süreç ve etkilerin bütünüdür. Özellikle Güneş'ten atılan güneş plazması Dünya'da ve manyetik alanında jeomanyetik fırtına olarak tanımlanan bozulmalar oluşturur. Bunun sonucunda uydular, iletişim, navigasyon ve hatta yaşam olumsuz olarak etkilenebilir. Bu tez çalışmasında güneşten başlayan bir olayın zincirleme süreçler oluşturarak Dünya yüzeyinde herhangi bir etki oluşturması ve bu etkinin ne kadar büyük olabileceği üzerine çalışıldı. Tüm süreçleri kapsayacak şekilde incelenilen alan beş bölgeye ayrıldı. Sırasıyla Güneş ve gezegenler arası ortam, manyetosfer, ekzosfer, atmosferik katmanlar ve son olarak troposfer ve yer olacak şekilde beş farklı bölgedeki uzay havası süreçleri analiz edildi. İstatistiksel yöntemler olan çoklu doğrusal regresyon, lojistik regresyon, korelasyon yöntemleri uzay havasındaki süreçlere uygulandı. Modellemeler Excel, SPSS aracılığı ile yapılırken ayrıca R ve Python programlama dilleri kullanılarak çalışma zenginleştirildi. Veri analizlerinin yanı sıra Maxwell-Boltzmann dağılımları, atmosferik kaçış hızı gibi teorik ve matematiksel çalışmalar sürece dahil edildi. Araştırma 25. güneş döngüsünün yükselen dönemi olan 2021-2022 yıllarını kapsamaktadır. Her bölgede elde edilen en önemli sonuçlar sırasıyla: 82 jeomanyetik fırtına tespit edilerek çoklu doğrusal regresyon modelleri ile jeomanyetik fırtına sırasında hızın artması hem fırtına gücünü hem de fırtına süresini uzattığı, yük yoğunluğunun da fırtınaya tam tersi etki yaptığını, ekzosfere güneş parçacıkların girdiği gibi atmosferik parçacıkların da uzaya kaçtığı, atmosferik kaçış için üç farklı yöntem ile oksijen iyonunun uzaya büyük miktarda sızdığı ve Dünya manyetik alanının her zaman dünyayı koruyan bir kalkan görevi görmediği, optik fenomenlerden STEVE'in oluşum zamanları için literatüre yeni bir lojistik regresyon modeli  önerip iyonosferik fenomen  kullanılabileceği, ozon ve atmosferik parçacıklar ve buradan da yer yüzeyinin günlük sıcaklıkları arasında korelasyonlar olduğu bu tez çalışmasında ortaya konuldu. Tez sürecinde bahsedilen beş bölgedeki olaylara birçok farklı çalışmalar yapılarak literatüre yeni sonuçlar kazandırıldı. Böylece uzay havasındaki bir olayın zincirleme süreçler oluşturduğu ve yer yüzeyine kadar ki bölgeyi etkilediği gösterildi.

Abstract:
Space weather is the various processes and effects initiated by solar events in the environment. Particularly, solar plasma ejected from the Sun can create disturbances on Earth, including geomagnetic storms within its magnetic field. As a result, satellites, communication, navigation, and even life can be adversely affected. This thesis investigates how an event originating from the Sun can cascade into various processes, potentially impacting the Earth's surface significantly. The studied area is divided into five regions: Solar and interplanetary environment, Magnetosphere, Exosphere, Atmospheric layers, and Earth's surface. Statistical methods such as multiple linear regression, logistic regression, and correlation techniques were applied to space weather processes. Modeling was done using Excel, SPSS, and enriched using R and Python programming languages. In addition to data analysis, theoretical and mathematical studies such as Maxwell-Boltzmann distributions and atmospheric escape velocity were included. The research covers the rising phase of the 25th solar cycle, spanning from 2021 to 2022. The most significant findings in each region include: 82 geomagnetic storms were detected, and multiple linear regression models showed that an increase in velocity during geomagnetic storms extends both their power and duration, with charge density having the opposite effect. It was observed that not only solar particles enter the Exosphere, but atmospheric particles also escape into space, particularly oxygen ions, in large quantities. Moreover, it was shown that the Earth's magnetic field does not always act as a protective shield. A new logistic regression model for the formation times of the optical phenomenon STEVE was proposed, suggesting the use of ionospheric phenomena. Correlations between ozone, atmospheric particles, and daily surface temperatures were also highlighted. Through various studies in the five regions mentioned, this thesis contributes new insights to the literature, demonstrating how a space weather event can create cascading processes that impact the Earth's surface.