Новый каталог солнечных пятен поможет предсказывать магнитные бури

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics, а сам каталог — на сайте Мирового центра данных по наблюдениям, сохранению и распространению международных чисел Вольфа (WDC-SILSO). Солнце представляет собой раскаленный шар кипящего газа, по большей части разогретого настолько, что электроны отрываются от атомов, образуя плазму — циркулирующую смесь заряженных частиц.

Из-за этих перемещающихся зарядов у Солнца возникает сильнейшее магнитное поле, которое поднимается из ядра звезды наружу, и создает на поверхности темные участки, которые называются солнечными пятнами. Пятна — основной источник солнечных вспышек, которые, в свою очередь, могут сопровождаться корональными выбросами солнечной массы: огромные облака плазмы вырываются с поверхности Солнца в космос на большой скорости.

Если выброс направлен в сторону Земли, могут возникать магнитные бури, которые способны повредить оборудование на спутниках, прервать радиотрансляцию и даже вывести из строя наземные системы энергоснабжения, нанося значительный ущерб экономике.

Частота возникновения солнечных пятен варьируется в соответствии с циклом солнечной активности, который длится в среднем 11 лет. В начале пятен почти нет, но по мере развития цикла они все чаще появляются, в районе средних широт, откуда перемещаются на экватор. Поскольку экватор Солнца вращается быстрее полюсов, магнитное поле звезды запутывается, локально усиливается и выходит сквозь фотосферу в виде петель, которые захватывают с собой плазму и выбрасывают ее в космос.

Поэтому наблюдение за солнечными пятнами имеет большое значение для предсказания опасных явлений космической погоды и учета их воздействия на спутниковое оборудование, космонавтов, пассажиров самолетов и инфраструктуру на поверхности Земли.

За открытыми в XVII веке Галилеем солнечными пятнами сегодня наблюдают порядка 80 обсерваторий по всему миру. Полученные ими сведения собираются в Мировом центре данных SILSO при Королевской обсерватории Бельгии. Систематическое наблюдение за общим числом солнечных пятен ведется с XVIII века.

Однако новейшие модели указывают на то, что более глубокое понимание солнечной активности возможно при учете динамики пятен в каждом полушарии отдельно. Таких данных накоплено значительно меньше: наиболее важный каталог солнечной активности приводит данные о полушарных числах Вольфа лишь с 1992 года.

Авторы опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics работы придумали способ кардинально расширить доступную выборку данных за счет реконструкции исторической численности солнечных пятен по полушариям. Результатом исследования стал каталог, в котором приводится ежемесячная и ежедневная численность солнечных пятен в северном и южном полушариях отдельно с 1874 года до наших дней.

Коллектив авторов продемонстрировал, что реконструкция хорошо согласуется с существующими полушарными данными и что учет динамики численности пятен в каждом полушарии отдельно действительно позволяет делать более точные предсказания солнечного цикла.

«Солнце — удивительная звезда, физика которой проста и сложна одновременно. Из нашей работы стало ясно, что для лучшего понимания долгосрочной динамики солнечной активности достаточно просто рассмотреть два полушария независимо друг от друга, а потом уже совместить вклад каждого в общую активность.

Теперь реконструированные данные численности солнечных пятен по полушариям будут доступны научному сообществу и станут, как мы считаем, основой для обновленных и более совершенных схем предсказания солнечной активности», — прокомментировала работу ее первый автор, Астрид Верониг, профессор Грацского университета и директор обсерватории Канцельхоэ.

Студент магистратуры Сколтеха Шантану Джаин отметил практическую ценность каталога: «Мы считаем, что этот каталог будет незаменим для точных прогнозов космической погоды, ведь теперь у нас в распоряжении непрерывные полушарные данные за более длительный период, которые послужат основой для более значимых предсказаний солнечного цикла.

Если нам придется столкнуться с солнечными извержениями самой высокой интенсивности в наш век зависимости от технологий, мы запросто можем остаться без энергоснабжения, спутниковой связи, интернета и понести экономический ущерб вплоть до триллионов долларов. Точные прогнозы космической погоды дадут нам время подготовиться, чтобы избежать такого сценария».

«Потребность в устойчивой технической инфраструктуре, перспектива длительных пилотируемых полетов к Луне и Марсу и проблемы изменения климата и разрушения озонового слоя делают средне- и долгосрочные прогнозы изменения солнечной активности на несколько месяцев или лет вперед все более необходимыми. Такие долгосрочные прогнозы динамики солнечного цикла в рамках формирующейся у нас на глазах области исследований космического климата могут опираться лишь на детальное понимание эволюции многих прошлых циклов.

Наш новый, расширенный ряд данных является одним из важных шагов в контексте все более активных усилий по продуктивному использованию исторических данных с помощью инструментов XXI века», — заявил соавтор исследования, глава Мирового центра данных SILSO Фредерик Клет.

«На сегодня мы все еще не до конца понимаем механизм работы солнечного динамо и генерации магнитного поля Солнца на протяжении 11-летнего цикла. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг светила в так называемой плоскости эклиптики. Это означает, что ни наблюдающие Солнце наземные телескопы, ни обсерватории на земной орбите не видят, что происходит на полюсах. Однако в феврале 2020 года, к звезде была запущена новаторская миссия Solar Orbiter.

Космический аппарат выйдет благодаря гравитационным маневрам из плоскости эклиптики, чтобы впервые в истории сфотографировать полюса Солнца. Первый проход полюса состоится в марте 2025 года, когда аппарат достигнет наклона 17 градусов над плоскостью эклиптики, а к июлю 2029 года наклон увеличится до 33 градусов.

Мы считаем, что новый каталог полушарных чисел Вольфа вкупе с принципиально новыми данными по итогам беспрецедентных наблюдений Solar Orbiter приведет к прорыву в изучении солнечного цикла и предсказании космической погоды. И какие бы не бушевали бури, мы желаем всем хорошей космической погоды», — добавила соавтор исследования, старший преподаватель Космического центра Сколтеха Татьяна Подладчикова.

Николай Посунько

Сколтех

430 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше