Космическую погоду можно прогнозировать по мягкому рентгеновскому излучению
Магнитосфера Земли защищает нашу планету и ее окрестности от потоков заряженных частиц со стороны Солнца. Но иногда в ней появляются бреши, через которые солнечный ветер проникает в околоземное пространство. Эти явления могут влиять на работу спутников и угрожать экипажам орбитальных станций. Ученые из Японии предложили новый способ отслеживать такие события по рентгеновскому свечению, возникающему при столкновении частиц солнечного ветра с краем магнитного щита Земли.
Магнитосфера — это область, которую создает магнитное поле нашей планеты. Она защищает Землю от солнечного ветра — потока заряженных частиц, который постоянно движется от Солнца. Однако иногда эта защита дает сбой. Один из ключевых процессов, который приводит к таким сбоям, называется магнитным пересоединением. В этот момент линии магнитного поля перестраиваются, высвобождая большое количество энергии. Это может привести к геомагнитным бурям и другим проявлениям космической погоды.
Чтобы предсказывать такие события, нужно уметь измерять скорость магнитного пересоединения. Ученые называют это глобальной скоростью перезамыкания магнитных линий. От нее зависит, сколько энергии солнечного ветра проникает в магнитосферу. Раньше эту скорость пытались измерять с помощью спутников, которые пролетали через зоны пересоединения, или по вспышкам на Солнце. Но оба способа давали только отдельные фрагменты общей картины.
Группа исследователей под руководством доцента Есуке Мацумото из Университета Тиба предложила новый метод. Вместо прямых измерений они предложили наблюдать за мягкими рентгеновскими лучами, которые испускаются, когда тяжелые ионы солнечного ветра сталкиваются с нейтральными атомами водорода в верхних слоях атмосферы. Эти рентгеновские вспышки возникают в области, где магнитное пересоединение происходит особенно активно.
Чтобы проверить идею, команда провела численное моделирование с использованием одного из самых мощных суперкомпьютеров в мире — японского «Фугаку». Они объединили симуляцию магнитосферы Земли с моделью рентгеновского излучения. Затем они установили виртуальный спутник на расстоянии, эквивалентном расстоянию от Земли до Луны. Такой ракурс позволит в будущем наблюдать за рентгеновскими сигналами с новых спутников, таких как планируемая миссия GEO-X.
Моделирование показало, что рентгеновское излучение концентрируется в виде ярких, расходящихся лучами пятен, похожих на воронки. Угол, под которым эти пятна раскрываются, связан с интенсивностью магнитного пересоединения. Ученые определили, что глобальная скорость перезамыкания магнитных линий в их модели составляет 0,13. Это значение хорошо совпадает с теоретическими расчетами и результатами лабораторных экспериментов.
Таким образом, измеряя форму рентгеновского свечения, можно оценивать скорость пересоединения без необходимости направлять спутники точно в нужную точку. Это может стать новым инструментом для диагностики космической погоды. Он позволит отслеживать энергетические прорывы в магнитосфере в реальном времени.
Авторы считают, что этот подход пригодится не только для мониторинга Земли. По словам Мацумото, магнитное пересоединение — это универсальный процесс. Оно лежит в основе вспышек на Солнце, выбросов в плазменных установках и даже процессов у черных дыр. Понимание этого явления поможет как в создании управляемого термоядерного синтеза, так и в изучении источников высокоэнергетических космических лучей.
Статью опубликовали в журнале Geophysical Research Letters. В работе также участвовали Рета Момосэ из Университета Тиба и профессор Есудзуми Миеси из Университета Нагоя. Исследование может заложить основу для создания новых систем прогнозирования, которые будут важны для будущих космических миссий и защиты спутниковой инфраструктуры на орбите.
Самое популярное
