Ученые предложили новый метод изучения космической погоды

Международная группа ученых разработала метод анализа возникновения и динамики сильных выбросов энергии на Солнце. Результаты могут помочь в понимании и прогнозировании экстремальных космических погодных явлений, оказывающих прямое влияние на работу технологических систем в космосе и на Земле. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Самые мощные и энергичные события в Солнечной системе — солнечные вспышки и корональные выбросы массы Солнца, гигантские магнитные облака плазмы, которые выбрасываются в межпланетное пространство из атмосферы Солнца со скоростью от 100 до 3500 км/с.

В течение одного-пяти дней выбросы гигантского облака солнечной плазмы и связанной с ним мощной ударной волны могут достичь Земли и вызвать сильные геомагнитные бури.

Также при вспышках на Солнце выделяется колоссальная энергия, эквивалентная взрыву десятков миллионов водородных бомб, то есть высвобождается энергия большая, чем та, что выделяет вся земная электроэнергетика за год. Выбросы энергии оказывают влияние на работу электроприборов и самочувствие людей.

Истории известно множество примеров того, как события на Солнце отразились на жизни населения планеты. В 1859 году сильнейшая геомагнитная буря вывела из строя телеграф в Северной Америке и Европе.

В 1972-м мощнейший корональный выброс массы Солнца инициировал самопроизвольное срабатывание морских мин Военно-морского флота США во время Вьетнамской войны. В 1989 году геомагнитная буря привела к отключению электричества в Канаде — почти на сутки без тепла, света и радиосвязи остались шесть миллионов человек.

А в октябре и ноябре 2003-го мощные геомагнитные бури привели к фактически мгновенному сбою радиокоммуникаций по всему миру, сбою работы GPS и телевидения, отключению сотовой связи в некоторых странах.

10 сентября 2017 года мощнейшая за последние 12 лет солнечная вспышка вынудила членов экипажа МКС переместиться в расположенное на борту станции укрытие, чтобы защититься от радиации. В этот день солнечные высокоэнергетические частицы, которые несут большую угрозу здоровью космонавтов и электронике спутников в космосе, фактически заполнили всю гелиосферу — и мощная радиация достигла Земли.

Сегодня исследования солнечно-земных взаимосвязей приобретают все большее значение, так как современное общество в большей степени полагается на спутниковые системы связи, навигации, наблюдение за Землей, погодой, климатом, управление катастрофами и так далее. Таким образом, становится очень уязвимым для воздействия факторов космической погоды. От неблагоприятной космической погоды можно защититься — переключить спутники в безопасный режим, выключить чувствительное оборудование, изменить маршрут для самолета.

Международная группа исследователей из Грацского университета имени Карла и Франца и обсерватории Канцельхох (Австрия), Сколковского института науки и технологий (Росссия), Национального управления океанических и атмосферных исследований и Кооперативного института исследований по проблемам окружающей среды (США), Космической Научной Лаборатория Мулларда (Англия), Института экспериментальной и прикладной физики и Института физики а астрономии (Германия), обсерватории Хвара и Загребского университета (Хорватия) провела широкомасштабное исследование событий 2017 года и предложила новый метод изучения выбросов на Солнце, который поможет в предсказании подобных явлений в будущем.

Был разработан новый и эффективный метод автоматического детектирования коронального выброса масс и его распространения от Солнца в межпланетное пространство c экстремальной скоростью, достигающей 3500 км/c.

Анализ уникальных данных, получаемых из космоса, показал, что корональный выброс масс Солнца экстремально быстро распространяется в ширину, а также инициирует мощную ударную волну плазмы, солнечное цунами, скорость которого достигает 1100 км/c. Пик ускорения пузыря в радиальном направлении составил 5,3 км/с², а в ширину достиг 10,1 км/с²  —самой большой величины в истории наблюдений за Солнцем.

«Мы предполагаем, что возникновение и распространение опасных для техники и человека солнечных высокоэнергетических частиц, заполняющих всю гелиосферу, область пространства вокруг Солнца, окруженную солнечным ветром и солнечными магнитными полями, может быть связано с экстремально быстрым распространением пузыря плазмы в ширину и инициированной им ударной волной», — говорит первый автор исследования, руководитель научной группы по солнечной и гелиосферной физике в Грацском университете и директор обсерватории Канцельхох профессор Астрид Верониг.

«Анализ экстремально быстрых эруптивных событиях на Солнце 10 сентября 2017 позволил нам получить новое знание о распространении и морфологии коронального выброса массы Солнца в межпланетное космическое пространство, что очень важно для понимания и прогнозирования экстремальных космических погодных явлений. И какие бы ни бушевали бури, мы желаем вам хорошей космической погоды!» — добавляет соавтор исследования профессор Сколтеха Татьяна Подладчикова.

Это исследование было положено в основу истории «Опасное солнце» в составе уникального сборника научных комиксов «Это точно», выпускаемого Сколтехом  в сотрудничестве с редакцией научно-популярного журнала «Кот Шредингера» и издательством «Эксмо».