Ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) совместно с учеными из Университета Граца, обсерватории Канцельхоэ и Колумбийского университета обнаружили, что корональные дыры — обширные магнитные «окна» в солнечной короне — запускают в космос быстрые потоки солнечного ветра со сверхзвуковой скоростью, формируя их движение в гелиосфере.
Эти результаты подготовили почву для предстоящей миссии в пятую точку Лагранжа (L5) — специализированного солнечного зонда Vigil, который будет наблюдать за нашим динамичным светилом. Наблюдения из дальнего космоса обеспечат беспрецедентно ранние предупреждения о солнечных бурях и позволят защитить критически важную инфраструктуру на Земле и на орбите. Результаты исследования опубликованы в издании Scientific Reports.
Солнечный шланг
Солнце не просто светит — оно дует. Непрерывный поток заряженных частиц, известный как солнечный ветер, вырывается наружу со скоростью сотен километров в секунду, заливая Землю и всю Солнечную систему потоком электронов, протонов и ядер гелия. Но это не легкий ветерок — это бурная река с быстрыми и медленными течениями, которые вызывают ослепительные полярные сияния и разрушительные геомагнитные бури.
Самые быстрые потоки исходят из корональных дыр — темных, более холодных участков во внешней атмосфере Солнца, где магнитные поля растягиваются, и высокоскоростные потоки солнечного ветра могут свободно выходить из недр Солнца в межпланетное пространство. Однако вопрос о том, как именно эти дыры влияют на поведение солнечного ветра, остается открытым.
Когда высокоскоростные потоки солнечного ветра сталкиваются с более медленными потоками, они создают массивные структуры, называемые областями коронационного взаимодействия, которые по мере вращения Солнца расходятся по спирали. Поскольку Солнце обращается вокруг своей оси за 27 дней, одна корональная дыра может бомбардировать нас неоднократно — это своего рода метроном космической погоды.
Новаторское исследование, проведенное физиками-солнечниками, показало, как корональные дыры создают быстрые потоки солнечного ветра, состоящие из заряженных частиц, которые распространяются по Солнечной системе. Это исследование также стало важным шагом вперед в прогнозировании космической погоды, увеличив время достоверного прогнозирования с нескольких часов до нескольких дней. Используя уникальную наблюдательную позицию в точке L5 (на 60° позади Земли на орбите), ученые теперь могут лучше предсказывать, когда потоки солнечного ветра достигнут Земли.
Команда исследователей разгадала ключевую загадку: почему измерения солнечного ветра, проведенные обсерваториями в точке L5 и в точке L1 на околоземной орбите, различаются. Они связали эти различия с тремя критическими факторами: совокупным воздействием небольших корональных дыр, их точным расположением на поверхности Солнца и широтой, на которой находятся космические аппараты, регистрирующие солнечный ветер.
Эти результаты подчеркивают важность будущих миссий к точкам L5 и L4, таких, как Vigil Европейского космического агентства, для улучшения системы раннего оповещения о геомагнитных бурях, что поможет защитить спутники, авиацию и электросети от разрушительных последствий неблагоприятной космической погоды.
Ведущий автор, доцент Татьяна Подладчикова, возглавляющая Инженерный центр Сколтеха, предлагает представить, как мы поливаем свой сад из шланга. Если мы встанем прямо перед потоком, струя ударит нас весьма чувствительно. Но если мы будем стоять сбоку, то поймаем только брызги. Этот «эффект садового шланга» объясняет, почему спутники, выровненные непосредственно по потоку солнечного ветра, измеряют более высокие скорости, чем спутники, расположенные под углом.
Такой эффект наиболее выражен для небольших корональных дыр на более высоких солнечных широтах и сильно зависит от широтного расстояния между космическими аппаратами. Более крупные корональные дыры распределяют солнечный ветер более равномерно по всей гелиосфере.
Результаты работы не только улучшат прогнозирование космической погоды и расширят фундаментальные представления о взаимодействии Солнца и Земли, но и подчеркнут важность наблюдений с разных точек обзора, таких, как L5 и L4. Наблюдая за Солнцем с разных сторон, ученые смогут полнее раскрыть влияние Солнца на Солнечную систему и обогатить багаж знаний в области астрофизики в целом
О предыдущем исследовании команды Татьяны Подладчиковой, посвященном прогнозированию солнечной погоды, мы рассказали в материале на нашем сайте.
