Relazioni matematiche tra SN e SF – Parte seconda

Riassunto delle puntate precedenti:

Qualche tempo addietro ho pubblicato un articolo in cui mettevo in evidenza un possibile legame lineare tra i vari conteggi del sunspot number e i valori di solar flux mensili. L’idea mi era venuta così, all’improvviso, e avevo fatto qualche osservazione empirica su alcuni dati. Non avrei mai pensato che l’argomento potesse suscitare l’attenzione che effettivamente è venuta fuori, ma evidentemente il tema trattato era di interesse. Perciò ho deciso di andare avanti con l’analisi, operando in maniera più dettagliata e mettendo a confronto diverse idee.

Dunque, partiamo.

Un limite dell’analisi precedente era quello di considerare una base di dati riguardante una scala temporale troppo limitata (meno di due anni), per cui questa volta abbiamo fatto le cose molto più in grande: questo lavoro si basa sulle registrazioni di SN e SF dal 1954 al 2008, prende cioè in considerazione 5 cicli solari interi (dall’inizio del 19 al 23). Ciò comporta necessariamente che non possiamo utilizzare il conteggio NIA come base dati, perché non abbiamo misurazioni del SN per tempi poco recenti. La scelta è stata quella di utilizzare il conteggio SIDC.

La mole di dati che sono stati elaborati è veramente enorme, quindi non verranno riportate di seguito le tabelle dei dati stessi ma solo i grafici di interesse.

Il primo punto su cui soffermarsi è: esiste correlazione lineare tra SN e SF? Nella discussione sul precedente articolo qualcuno (non ricordo chi) lo aveva escluso categoricamente, sostenendo che se c’era un legame tra i due valori esso doveva essere esprimibile mediante una legge matematica più complessa. Bene, di seguito sono riportati i grafici SF/SN dei cicli di cui disponiamo di dati completi (asse x: SN mensili / asse y: SF mensili):

ciclo 19
ciclo 20
ciclo 21
ciclo 22
ciclo 23

Penso che ci siano pochi commenti possibili a questi 5 grafici: per ciascuno di essi esiste una retta di interpolazione che si adatta veramente molto bene all’andamento dei punti. Quindi possiamo dare per dimostrato che esiste correlazione lineare forte tra SN e SF.

 Il secondo punto sul quale volevo focalizzare l’attenzione è questo: è evidente che, nonostante la correlazione lineare sia presente in tutti i cicli, col passare del tempo diminuisce la precisione con cui SF e SN sono legati da una legge matematica. In parole più semplici, si nota che in tempi recenti abbiamo più punti del grafico che si discostano in maniera significativa dalla retta di previsione. E’ un problema importante, perché si potrebbe ragionevolmente supporre l’esatto contrario: con l’aumentare della precisione degli strumenti di misurazione la correlazione tra SN e SF dovrebbe aumentare. E invece no: di seguito è riportato il grafico delle varianze dei set di dati relativi ad ogni ciclo solare, ecco cosa emerge:

Al di là della retta di interpolazione, che ci interessa poco, è veramente incredibile come il trend sia al rialzo e soprattutto si nota un salto enorme tra il ciclo 20 e il ciclo 21 (il passaggio tra i due cicli è avvenuto negli anni ’70). Qual’è il motivo di questa perdita di precisione nella relazione lineare?
Dare una risposta sicura è senz’altro difficile, ma è logico supporre questo: che un miglioramento degli strumenti di osservazione non porti in realtà alla produzione di un SN più “vero”, cioè più legato al SF, ma che al contrario la relazione peggiori quando nel conteggio delle macchie vengono inclusi pori e micropori, magari dalla vita di poche ore.
Questa osservazione, pur non avendo la pretesa di essere una dimostrazione scientifica, induce a riflettere sull’importanza di produrre un SN in continuità con quello del passato, non solo per un fatto di confrontabilità coi dati antichi ma anche per motivi di validità del SN stesso: Un buon conteggio delle macchie solari, come già detto, dovrebbe essere un’espressione diretta della forza del sole al momento della misurazione, e siccome anche il SF è una misurazione dello stesso tipo (anche se di una quantità ovviamente differente) si capisce l’importanza di conteggio come quello di NIA che tenta di ricreare le condizioni di osservazione dei tempi passati.

 
 

Andrea

Si ringraziano per l’elaborazione dei dati:

Fabio Nintendo per il trattamento statistico e l’analisi

Luca Nitopi per l’analisi

Alessandra Lanzoni per la tabulazione

 NOTA: chiunque fosse interessato ad avere i dati di SF e SN del SIDC per i cicli 19, 20, 21, 22 e 23 su foglio excel per poterci lavorare, può richiederli al mio indirizzo email: [email protected]

 

30 pensieri su “Relazioni matematiche tra SN e SF – Parte seconda

  1. Pingback: Anonimo
  2. Bene, bell’analisi!
    Lo dicevo che sarebbe uscito un bell’articolo!

    Avevi pou fato qualche cosa con i risultati dell’analisi a doppia retta?
    (magari hai scoperto che era una cosa completamente campata per aria)

    Ciao
    Luca

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  3. letto così sembra un articoletto da 5 Minuti 😀
    per chi non c’è stato dietro con le analisi e le supposizioni da verificare non può capire quanto ci abbiamo messo 😀

    Io Riporto le mie Conclusioni che Avevo scritto in Mail ad Andrea riguardo questa Analisi

    le conclusioni a cui sono arrivato io:
    nei cicli 21, 22 e 23 la variabilità è raddoppiata rispetto ai cicli 19 e 20, ma se non capiamo cosa è successo nelle rilevazioni non possiamo dire nulla

    poi ti avevo detto di dividere i cicli in fase ascendente e discendente, perchè secondo me ha molto più senso vedere se esistono 2 rette diverse in questo modo che fare under 100 e over 100 ( che a livello magnetico non significa quasi nulla )
    così potremmo confrontare questa fase ascendente del ciclo 24 con le altre e vedere se la correlazione è mantenuta sugli stessi livelli.

    poi si aggiunge che:
    la correlazione tra SN e SF è molto forte ma che ogni ciclo solare ha il proprio modello di riferimento, cioè, l’intercetta cambia troppo da ciclo a ciclo per poter definirne una valore da cui partire valido per tutti i cicli ( quindi che la correlazione tra SN e SF dipende fortemente anche dall’andamento del ciclo stesso e che teoricamente solo 2 cicli con andamenti simili possono avere modelli con coefficenti uguali )
    la correlazione tra SF e SN è unitaria ( approssimandola leggermente per difetto ) quindi ad un aumento unitario del SN anche l’SF aumenta di una unità

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  4. nitopi :

    Bene, bell’analisi!
    Lo dicevo che sarebbe uscito un bell’articolo!

    Avevi pou fato qualche cosa con i risultati dell’analisi a doppia retta?
    (magari hai scoperto che era una cosa completamente campata per aria)

    Ciao
    Luca

    l’Analisi under 100 e over 100 l’ho bocciata io perchè avevano si 2 rette diverse che spiegavano il fenomeno, ma messe insieme la precisione era tale che andando a verificare l’ipotesi nulla di incorrelazione veniva fuori che essa non c’era e che quindi i dati erano diversi ma la diversità era totalmente trascurabile.
    poi magneticamente la differenza tra under 100 e over 100 dipende solo dall’attività solare in genere e secondo me non aveva molto senso una cosa del genere.

    io infatti puntavo più sul dividere il ciclo in ascendente e discendente e valutarne le possibili differenze, perchè magneticamente sono 2 fasi molto diverse e distinte

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  5. Ragazzi, i miei complimenti: davvero un bell’articolo.

    @Fabio Nintendo: non ti preoccupare si capisce il lavoro che c’è dietro. Per quanto riguarda le altre tue considerazioni più complesse, dato che questo è un blog che si rivolge a tutti, trovo anche opportuno metterle nei commenti anzichè nell’articolo, in maniere che il lettore possa decidere lui stesso il tipo di approfondimento. Nè trarrò insegnamento anche per eventuali miei articoli.

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  6. Bravissimi. Sarebbe bene sviluppare queste idee e far capire a chi ci legge anche dall´alto, la necessitá di adeguarsi ai vecchi conteggi per capire cosa ci riserva veramente il Sole nel futuro.

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  7. Ottimo articolo, veramente complimenti!

    @sand-rio
    Credo che ormai anche chi “ci legge dall’alto” abbia ben chiaro il fatto che, per quanto possa autoconvincersi che tutto sia “normale”, la normalità è ben lontana da far parte di questo ciclo 24!
    Intanto spotless per Specola Ticinese!
    http://www.specola.ch/
    Bruno

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  8. Bello, bello davvero. Complimenti agli autori! Avanti così!

    Avrei una domanda, forse è solo una pignoleria: ho notato che per i cicli dal 20 al 23 (in particolare per il ciclo 23) i punti nella parte alta dei grafici (valori oltre i 100) si sparpagliano un po, allontanandosi dalla retta.
    Da che cosa dipende?

    Concordo con Nintendo (almeno spero di aver capito che cosa intenda!): sarebbe interessante distinguere e confrontare separatamente le relazioni SN/SF in fase di progressione di ciascun ciclo (pre-massimo) e in fase post-massimo, comprendendo anche il pezzetto di ciclo 24 finora disponibile. Aiuterebbe a mettere un altro paletto sulla questione dei conteggi “gonfiati”

    Poi, suggerirei agli autori dell’articolo di evidenziare le conclusioni, magari anche graficamente (bullet, grassetto e/o altro).

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  9. @apuano70

    A proposito di “normalità” del ciclo 24, vi rimando ad un mio articoletto che sarà pubblicato prossimamente. Un’analisi elementare (molto più di questa) ma, a mio avviso, abbastanza chiarificatrice.

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  10. Infine una considerazione: se si disponesse del conteggio NIA e si facesse un’analisi accurata sui cicli 19-23 come quella dell’articolo, si avrebbe in pratica la prova del nove (o quasi) circa la bontà del conteggio, rispetto a quello ufficiale SIDC.

    So che è un lavoraccio infame ricavare i dati, ma un giorno potrebbe valerne la pena…….

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  11. Nel ciclo solare attuale scondo me bisogna anche considerare, sempre se sia confermata, la teoria di Livingston e Penn, perchè allora sarebbe facile capire come la linearità tra SN e SF è sempre meno evidente, oltre ovviamente ai conteggi moderni, comunque ottimo lavoro complimenti 🙂 🙂 🙂 🙂

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  12. @FabioDue

    Già abbiamo dei dati parziali del nia’s che partono da dicembre 2008, l’inizio del minimo…ma si può andare anche a ritroso, certo ci vuole tempo!

    complimenti a tutti quelli che hanno collborato a questo pezzo, spero che intervenga anche Andrea al quale ho mandato un e-mail ieiri per segnalargli che il suo pezzo sarebbe stato pubblicato stamane…

    intanto oggi il sole è spotless anche per i centri ufficiali!

    avanti così!

    PS. sAndr-rio, mancano i tuoi pezzi…;)

    Simon

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  13. @Fabio Nintendo
    “ma messe insieme la precisione era tale che andando a verificare l’ipotesi nulla di incorrelazione veniva fuori che essa non c’era e che quindi i dati erano diversi ma la diversità era totalmente trascurabile.”

    Eeeee……
    Diciamo che io andavo più a occhio che altro 8)
    Avevo la sensazione che la parte “alta” dei dati – diciamo grossomodo sopra i 100- (anche se più sparpagliata) fosse qualla ad “intercetta nulla” mentre la parte bassa potrebbe essere dovuta ad un “effetto di bias” (anche a zero SN il flusso e’ presente…) …

    Il 100 mi e’ uscito perche’ … Piu’ o meno il ginocchio è li…
    Inoltre prendiamo sempre come “riferimento” (sarà la cifra tonda 8) ) per dire che “il ciclo non e’ ancora ben partito… siamo ancora sotto i 100…) 8)

    Ciao
    Luca

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  14. Il primo giorno spotless del 2011:

    http://sdo.gsfc.nasa.gov/assets/img/latest/latest_1024_4500.jpg

    per il nia’s sarebbe già il secondo!

    ma domani quella regione che sta voltando il lato visibile ha ottime possubilità di avere macchie al suo interno, tra l’altro è la vecchia 1138 che ha già prodotto ieiri una cme, ed oggi ha fatto liemente aumentare gli Xray (C flare), quindi sembra essere un pò attiva come AR…vedremo cmq domani…

      (Quote)  (Reply)

  15. Tornando in tema all’articolo, è evidente che a causa di conteggi moderni sempe più precisi e meticolosi, inizia ad esserci una sempre maggiore differenza tra la reale attività del sole (misurata tramite il SF) ed il SN!

    Sn convinto che il nia’s count che già sta avendo delle buone conferme, sarà col tempo in grado di divenire l’unico conteggio giusto per valutare l’esatta attività solare e per paragonare questa con i dati del passato….

    ci metteremo in moto per applicare il nia’s anche ai vecchi cicli, sarà un lavoro lungo e noiso, ma ne varrà la pena,, sarà insomma la vera prova del nove che il nia’ funziona!

    Io dal mio canto, nn ho il minimo dubbio, ma è d’obbligo che per dimostarre ciò, bisogna usare il metodo galileliano…solo allora potremo dire che il nia’ s è effettivamente e scinrtificamente migliore del Sidc!

    Simon

      (Quote)  (Reply)

  16. FabioDue :

    Bello, bello davvero. Complimenti agli autori! Avanti così!

    Avrei una domanda, forse è solo una pignoleria: ho notato che per i cicli dal 20 al 23 (in particolare per il ciclo 23) i punti nella parte alta dei grafici (valori oltre i 100) si sparpagliano un po, allontanandosi dalla retta.
    Da che cosa dipende?

    Concordo con Nintendo (almeno spero di aver capito che cosa intenda!): sarebbe interessante distinguere e confrontare separatamente le relazioni SN/SF in fase di progressione di ciascun ciclo (pre-massimo) e in fase post-massimo, comprendendo anche il pezzetto di ciclo 24 finora disponibile. Aiuterebbe a mettere un altro paletto sulla questione dei conteggi “gonfiati”

    Poi, suggerirei agli autori dell’articolo di evidenziare le conclusioni, magari anche graficamente (bullet, grassetto e/o altro).

    nell’articolo è ben spiegato che la differenza nella parte alta del grafico, ma anche in quella bassa causa una maggiore varianza dei dati, che raddoppia improvvisamente dal ciclo 21 senza apparente motivo.
    un salto del genere non può essere dovuto al caso ed è secondo me in buona parte un motivo strumentale.
    il punto chiave sarebbe quello di sapere se hanno cambiato strumentazione o cose del genere, ma non ne sappiamo nulla noi.

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  17. nitopi :

    @Fabio Nintendo
    “ma messe insieme la precisione era tale che andando a verificare l’ipotesi nulla di incorrelazione veniva fuori che essa non c’era e che quindi i dati erano diversi ma la diversità era totalmente trascurabile.”

    Eeeee……
    Diciamo che io andavo più a occhio che altro 8)
    Avevo la sensazione che la parte “alta” dei dati – diciamo grossomodo sopra i 100- (anche se più sparpagliata) fosse qualla ad “intercetta nulla” mentre la parte bassa potrebbe essere dovuta ad un “effetto di bias” (anche a zero SN il flusso e’ presente…) …

    Il 100 mi e’ uscito perche’ … Piu’ o meno il ginocchio è li…
    Inoltre prendiamo sempre come “riferimento” (sarà la cifra tonda 8) ) per dire che “il ciclo non e’ ancora ben partito… siamo ancora sotto i 100…) 8)

    Ciao
    Luca

    se l’intercetta fosse zero significa che il modello è totalmente sbagliato, sappiamo bene che il SF ha un minimo valore sotto il quale è impossibile misurarlo, il record è stato battuto nel Luglio 2008 mi pare.

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  18. @Fabio Nintendo
    “sappiamo bene che il SF ha un minimo valore sotto il quale è impossibile misurarlo”

    ???

    Non ho capito… Non si puo’ misurare e si mette un valore sui 55??

    Io volevo dire che, a zero spot, esiste sempre un flusso “di base” (diciamo di “Sole tranquillo” ? ) e quindi la parte “bassa” della curva che non va a zero…

    Poi è chiaro che non sono rette spezzate… ci vorrebbe un modello teorico per collegare SF e SN… ma e’ un po’ troppo in la dalle mie conoscenze 😉

    ciao
    Luca

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  19. @Fabio Nintendo
    bellissimo articolo anch’io spero di vedere l’analisi dei cicli divisa in fase ascendente e fase discendente sarebbe interessante per confrontare l’attuale fase coi passati cicli.
    complimenti all’autore

      (Quote)  (Reply)

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