Ученые из Сколковского института раскрыли механизм выброса солнечного ветра из корональных дыр
Ученые из Сколковского института науки и технологий и их коллеги из Грацского университета, обсерватории Канцельхоэ и Колумбийского университета раскрыли механизм, с помощью которого корональные дыры — гигантские магнитные окна в солнечной короне — выбрасывают в космос потоки быстрого солнечного ветра на сверхзвуковых скоростях, формируя его движение по всей гелиосфере.
Эти открытия закладывают основу для предстоящей миссии Vigil к точке Лагранжа L5 — солнечной обсерватории, которая будет непрерывно мониторить активность Солнца, преобразуя данные глубокого космоса в оперативные предупреждения о солнечных бурях для защиты критической инфраструктуры Земли и орбитальных систем. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports, Nature.
По словам ученых, Солнце не просто светит — оно дует. Солнечный ветер — непрерывный поток электронов, протонов и ядер гелия — вырывается с поверхности этой звезды со скоростью в сотни километров в секунду, накрывая нашу планету и всю Солнечную систему. Это явление вызывает не только красивые полярные сияния, но и довольно опасные геомагнитные бури.
Самые быстрые потоки заряженных частиц выбрасываются из корональных дыр — темных и более холодных участков во внешнем слое атмосферы Солнца, где магнитные поля размыкаются, позволяя высокоскоростному солнечному ветру вырываться в межпланетное пространство. Однако вопрос о том, как именно солнечные дыры формируют поведение солнечного ветра, пока остается открытым, рассказывают исследователи.
Когда быстрые потоки солнечного ветра сталкиваются с медленными, они создают гигантские структуры — области коротирующего взаимодействия разноскоростных потоков, которые, закручиваясь, распространяются в космос по мере вращения Солнца. Поскольку Солнце совершает полный оборот за 27 дней, одна и та же корональная дыра может бомбардировать нас снова и снова — словно космический метроном космической погоды.
Новаторское исследование, проведенное группой ученых, позволило раскрыть механизм, с помощью которого корональные дыры создают высокоскоростные потоки солнечного ветра из заряженных частиц, которые распространяются по Солнечной системе.
Исследование также знаменует значительный прорыв в прогнозировании космической погоды, увеличивая заблаговременность предсказаний с нескольких часов до нескольких суток. Используя уникальную точку наблюдения в точке Лагранжа L5, расположенной на 60° позади Земли по орбите, ученые теперь смогут с большей точностью определять, когда солнечный ветер достигнет нашей планеты.
Исследователям удалось найти ответ на главный вопрос: почему измерения скорости солнечного ветра в точке L5 отличаются от измерений в точке L1, расположенной на орбите Земли. Различия обусловлены тремя основными факторами — совместным влиянием небольших корональных дыр, их точным расположением на поверхности Солнца и широтным положением спутников, с которых ведутся наблюдения за солнечным ветром.
Команда исследователей выяснила, почему измерения скорости солнечного ветра в точке L5 отличаются от измерений в точке L1, которая находится на орбите Земли. Оказалось, что на разницу в показаниях влияют три основных фактора:
- влияние небольших корональных дыр;
- их точное расположение на поверхности Солнца;
- широтное положение спутников, с которых ведется наблюдение за солнечным ветром.
Полученные результаты не только служат доказательством важности предстоящих миссий к точкам Лагранжа L5 и L4, в частности миссия Европейского космического агентства Vigil, но и позволяют значительно повысить заблаговременность прогнозирования геомагнитных бурь для более надежной защиты спутников и авиационной техники, а также наземных электросетей от разрушительного воздействия космической погоды.
«Представьте, что вы поливаете свой сад из шланга. Если вы встанете прямо под струю, вы почувствуете сильный удар воды, но, если отойдете немного в сторону, на вас попадут только брызги. Именно из-за „эффекта садового шланга“ спутники, оказавшиеся на пути потока солнечного ветра, фиксируют более высокие скорости ветра, чем те, что находятся под углом к нему», — рассказывает первый автор исследования, директор Центра системного проектирования Сколтеха доцент Татьяна Подладчикова.
«Наше исследование показало, что этот эффект наиболее ярко проявляется в случае небольших корональных дыр и более высоких солнечных широт и сильно зависит от разницы в широтах между спутниками, а ветер из более крупных корональных дыр, напротив, более равномерно распространяется по всей гелиосфере», — добавляет она.
