По мере своего естественного 11-летнего цикла Солнце переходит от периодов высокой активности к низкой, а затем снова к высокой. Ученые сосредоточились на вспышках X-класса, самом мощном из этих солнечных фейерверков. По сравнению с более мелкими 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 самом серьезном – подвергая опасности астронавтов на пути резкого солнечного излучения. Ученые, работающие над моделированием вспышек, надеются, что однажды их усилия помогут смягчить эти эффекты.
Во главе с Каней Кусано, директором Института исследований космоса и окружающей среды Земли при Университете Нагоя в Японии, группа ученых построила свою модель на основе своего рода магнитной карты: наблюдения SDO магнитных полей на поверхности Солнца. Их результаты были опубликованы в Science 30 июля 2020 г.
Хорошо известно, что вспышки возникают из горячих точек магнитной активности на поверхности Солнца, называемых активными областями. (В видимом свете они выглядят как солнечные пятна, темные пятна, покрывающие веснушку на Солнце.Новая модель работает, определяя ключевые характеристики в активной области, характеристики, которые, по предположениям ученых, необходимы для запуска массивной вспышки.
Первый – это начальный триггер. Солнечные вспышки, особенно X-класса, высвобождают огромное количество энергии.
Перед извержением эта энергия содержится в скрученных силовых линиях магнитного поля, которые образуют нестабильные дуги над активной областью. По мнению ученых, сильно закрученные веревочные линии являются предвестниками крупнейших солнечных вспышек. При достаточном скручивании две соседние арки могут объединиться в одну большую двугорбую арку.
Это пример того, что известно как магнитное пересоединение, и в результате получается нестабильная магнитная структура – немного похожая на закругленную букву «М» – которая может вызвать выброс энергии в виде вспышки.
Также важно, где происходит магнитное пересоединение, и одна из деталей, которую ученые построили в своей модели для расчета. Внутри активной области есть границы, где магнитное поле с одной стороны положительное, а с другой – отрицательное, как в обычном магните холодильника.
"Это похоже на лавину", – сказал Кусано. «Лавины начинаются с небольшой трещины.
Если трещина находится высоко на крутом склоне, возможно более крупное падение."В данном случае трещина, которая запускает каскад, – это магнитное пересоединение. Когда повторное соединение происходит около границы, есть вероятность большой вспышки. Вдали от границы доступно меньше энергии, и начинающаяся вспышка может погаснуть – хотя, как указал Кусано, Солнце все еще может выпустить быстрое облако солнечного материала, называемое выбросом корональной массы.
Кусано и его команда изучили семь активных областей последнего солнечного цикла, которые вызвали самые сильные вспышки на обращенной к Земле стороне Солнца (они также сосредоточили внимание на вспышках от части Солнца, которая находится ближе всего к Земле, где наблюдаются магнитные поля). являются лучшим).
Наблюдения SDO за активными областями помогли им определить правильные магнитные границы и рассчитать нестабильности в горячих точках. В конце концов, их модель предсказала семь из девяти общих вспышек с тремя ложными срабатываниями. Два, которые модель не учитывала, объяснил Кусано, были исключениями из остальных: в отличие от других, активная область, из которой они взорвались, была намного больше и не вызывала выброс корональной массы вместе со вспышкой.
«Прогнозы – основная цель программы и миссий НАСА« Жизнь со звездой », – сказал Дин Песнелл, главный исследователь SDO в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который не участвовал в исследовании. SDO была первой миссией программы «Жизнь со звездой». "Такие точные предвестники, как этот, которые могут предвидеть значительные солнечные вспышки, показывают прогресс, которого мы достигли в предсказании этих солнечных бурь, которые могут затронуть всех."
Хотя требуется гораздо больше работы и проверки, чтобы довести модели до такой степени, чтобы они могли делать прогнозы, на которые могут действовать космические корабли или операторы энергосистемы, ученые определили условия, которые, по их мнению, необходимы для крупной вспышки.
Кусано сказал, что рад получить многообещающий первый результат.
«Я рад, что наша новая модель может внести свой вклад в эти усилия», – сказал он.