Данные НАСА помогают новой модели предсказывать большие солнечные вспышки

Данные НАСА помогают новой модели предсказывать большие солнечные вспышки

Используя данные Обсерватории солнечной динамики НАСА, или SDO, ученые разработали новую модель, которая успешно предсказала семь самых больших вспышек Солнца за последний солнечный цикл из набора из девяти. С дальнейшим развитием модель может быть использована для того, чтобы в один прекрасный день сообщать прогнозы об этих интенсивных вспышках солнечного излучения.

По мере своего естественного 11-летнего цикла Солнце переходит от периодов высокой активности к низкой активности и снова к высокой. Ученые сосредоточились на вспышках X-класса, самом мощном из этих солнечных фейерверков. По сравнению с меньшими вспышками, такие большие вспышки относительно редки; в последнем солнечном цикле их было около 50. Но они могут иметь серьезные последствия: от нарушения радиосвязи и работы энергосистемы до – в случае их наиболее серьезных – угрожающих астронавтов на пути суровой солнечной радиации. Ученые, работающие над моделированием вспышек, надеются, что однажды их усилия помогут смягчить эти последствия.

Во главе с Каней Кусано, директором Института космических исследований окружающей среды Земли в японском университете Нагоя, группа ученых построила свою модель на некой магнитной карте: наблюдениях SDO за магнитными полями на поверхности Солнца. Их результаты были опубликованы в журнале Science 30 июля 2020 года.

Хорошо известно, что вспышки вспыхивают от горячих точек магнитной активности на поверхности Солнца, называемых активными областями. (В видимом свете они выглядят как солнечные пятна, темные пятна, которые покрывают веснушки на Солнце.) Новая модель работает путем определения ключевых характеристик в активной области, характеристик, которые, по мнению ученых, необходимы для запуска массивной вспышки.

Первый – это начальный триггер. Солнечные вспышки, особенно класса X, высвобождают огромное количество энергии. До извержения эта энергия содержится в извилистых линиях магнитного поля, которые образуют неустойчивые дуги над активной областью. По словам ученых, сильно перекрученные веревкообразные линии являются предшественниками самых больших вспышек Солнца. При достаточном скручивании две соседние арки могут объединиться в одну большую двугорбую арку. Это пример того, что известно как магнитное переподключение, и в результате получается нестабильная магнитная структура – немного похожая на закругленную букву «М» – которая может вызвать выброс потока энергии в виде вспышки.

Также важно, где происходит магнитное переподключение, и одна из деталей, которую ученые создали для расчета своей модели. Внутри активной области есть границы, где магнитное поле положительно с одной стороны и отрицательно с другой, как обычный магнит на холодильник.

«Это похоже на лавину», – сказал Кусано. «Лавины начинаются с небольшой трещины. Если трещина находится высоко на крутом склоне, возможна большая авария». В этом случае трещина, которая запускает каскад, является магнитным пересоединением. Когда переподключение происходит вблизи границы, есть вероятность большой вспышки. Вдали от границы имеется меньше доступной энергии, и вспыхивающая вспышка может выдыхаться – хотя, как отметил Кусано, Солнце все еще может выпустить быстрое облако солнечного материала, называемое выбросом корональной массы.

Кусано и его команда рассмотрели семь активных областей из последнего солнечного цикла, которые произвели самые сильные вспышки на обращенной к Земле стороне Солнца (они также сфокусировались на вспышках от части Солнца, которая является самой близкой к Земле, где наблюдения магнитного поля являются лучшим). Наблюдения SDO за активными областями помогли им определить правильные магнитные границы и рассчитать нестабильность в горячих точках. В итоге их модель предсказала семь из девяти суммарных вспышек с тремя ложными срабатываниями. Кусано объяснил, что две модели, которые не были учтены в модели, являются исключениями для остальных: в отличие от других, активная область, из которой они взорвались, была намного больше и не вызывала выброса корональной массы вместе со вспышкой.

«Предсказания являются основной целью программы и миссий НАСА« Жить со звездой », – сказал Дин Песнелл, главный исследователь SDO в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который не принимал участия в исследовании. SDO была первой миссией программы «Жизнь со звездой». «Точные прекурсоры, такие как этот, которые могут предвидеть значительные солнечные вспышки, показывают прогресс, который мы достигли в предсказании этих солнечных штормов, которые могут затронуть каждого».

Несмотря на то, что требуется гораздо больше работы и проверки, чтобы привести модели к точке, в которой они могут делать прогнозы, на которые могут воздействовать операторы космических кораблей или электросетей, ученые определили условия, которые они считают необходимыми для крупной вспышки. Кусано сказал, что рад получить многообещающий первый результат.

«Я рад, что наша новая модель может способствовать усилиям», – сказал он.


Источник истории:

Материалы предоставлены НАСА / Центром космических полетов Годдарда . Оригинал написан Линой Тран. Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.


Связанные мультимедиа :


Ссылка на журнал :

  1. Каня Кусано, Томоя Ию, Юми Бамба, Сатоши Иноуэ. Физический метод, который может предсказать неизбежные большие солнечные вспышки . Наука , 2020; 369 (6503): 587 DOI: 10,1126 / science.aaz2511