Прогнозирование космической погоды: исследователи отслеживают солнечный ветер от Солнца до околоземной среды

Исследователи впервые отследили эволюцию солнечного ветра от его зарождения на Солнце до его воздействия на околоземное космическое пространство, а также показали, как можно предсказать событие космической погоды за 2–2.5 дня. Исследование является новым, связывая распространение солнечного ветра и его воздействие на околоземное космическое пространство с разных точек обзора в космосе. Это показывает, что спутники, размещенные в правильном месте в космосе, могут использоваться для мониторинга распространения солнечных ветров к Земле, что может значительно улучшить прогнозирование космической погоды. Кроме того, запланированная миссия «Vigil» Европейского космического агентства (ESA) также направлена на наблюдение за солнечными ветрами, чтобы давать заблаговременные предупреждения о надвигающихся солнечных бурях из пятой точки Лагранжа (L5) на ближайшем расстоянии 150 миллионов км от Солнца. В настоящее время на стадии разработки он будет предоставлять поток данных в режиме, близком к реальному времени, для служб космической погоды после своего запуска в 2031 году.

Прогнозирование погоды (т. е. какой будет скорость ветра, количество осадков, температура, солнечное сияние и т. д.) в определенном месте важно для нас по нескольким причинам, связанным с нашей повседневной жизнью, включая сельское хозяйство, транспорт, досуг и развлечения и т. д. Точное прогнозирование погоды помогает экономике и делает нашу жизнь легкой и комфортной, но, что еще важнее, оно дает нам время мобилизовать ресурсы для принятия необходимых превентивных мер по защите от ущерба жизни и имуществу в результате неблагоприятных погодных явлений, таких как наводнения, циклоны, волны тепла, сильные ливни и т. д.

Погода на Земле влияет на нас, так же как и «погода в космосе». Поскольку наша родная планета Земля является частью звездной системы средней звезды под названием Солнце (которая, в свою очередь, является небольшой частью крайне незначительной галактики во Вселенной под названием Млечный Путь), наша жизнь и цивилизация на Земле находятся под влиянием условий в космосе, в частности погодных явлений в нашем районе Солнечной системы. Любое неблагоприятное резкое изменение погоды в космосе представляет угрозу для биологических форм жизни и электрической и электронной технологической инфраструктуры на Земле и в космосе. Электроника и компьютерные системы, электросети, нефте- и газопроводы, телекоммуникации, радиосвязь, включая сети мобильной связи, GPS, космические миссии и программы, спутниковая связь, интернет и т. д. — все это может быть потенциально нарушено и остановлено серьезными возмущениями космической погоды. Астронавты и космические объекты, такие как космические корабли, подвергаются особому риску. В прошлом было несколько подобных случаев, например, в марте 1989 года «Квебекское отключение» в Канаде, вызванное мощной солнечной вспышкой, серьезно повредило электросеть. Некоторые спутники также получили повреждения. Поэтому возникла необходимость в системе прогнозирования космической погоды, подобной той, в которой мы имеем системы прогнозирования погоды на Земле.

Для начала, главным игроком в явлении погоды на Земле являются потоки «ветра», состоящие из молекул газов в атмосфере Земли. В случае погоды в космосе это «солнечный ветер», состоящий из потоков высокоэнергетических ионизированных частиц, таких как электроны, альфа-частицы и т. д. (т. е. плазма), исходящих из перегретого коронального слоя атмосферы Солнца во всех направлениях в гелиосфере, включая направление к Земле.

Прогнозирование космической погоды, таким образом, включает в себя прогнозирование условий солнечного ветра на основе текущего понимания его формирования, интенсивности и движения в космосе. Мы знаем, что внезапные выбросы масс из коронального слоя Солнца (т. е. выбросы корональной массы или CME) связаны с интенсивными условиями солнечного ветра или солнечными бурями. Таким образом, наблюдение за CME или фотосферными магнитными полями может дать представление о препятствующей буре солнечного ветра, но регулярная система прогнозирования космической погоды потребовала бы объединения модели с наблюдениями за солнечным ветром, чтобы найти оценку реальности (т. е. усвоение данных). Это, в свою очередь, потребовало бы регулярного отслеживания эволюции солнечного ветра от его зарождения на Солнце до его воздействия на околоземную космическую среду.

Как сообщалось 09 сентября 2024 года, исследователи из VSSC, ISRO, впервые отследили эволюцию солнечного ветра от его зарождения на Солнце до его воздействия на околоземное космическое пространство. Используя данные радиосигналов TTC (Telemetry, Tracking and Command) с Mars Orbiter Mission (MOM) ISRO с 2015 года и сети InSWIM (Indian network for Space Weather Impact Monitoring), они составили карту происхождения, ускорения и распространения высокоскоростных потоков солнечного ветра (HSS) и наблюдали их воздействие на низкоширотную ионосферу Земли. показали, как можно предсказать событие космической погоды за 2–2.5 дня. Исследование является новым, связывая распространение солнечного ветра и его воздействие на околоземное пространство с разных точек обзора в космосе. Это показывает, что спутники, размещенные в правильном месте космоса, могут использоваться для мониторинга распространения солнечных ветров по направлению к Земле, что может значительно улучшить прогнозирование космической погоды.

ИЗОБРАЖЕНИЕ: NASA, STScI *НАСА, ESA и CSA*

Планируемая миссия «Vigil» Европейского космического агентства (ESA) также направлена на наблюдение за солнечными ветрами, чтобы заранее предупреждать о надвигающихся солнечных бурях из пятой точки Лагранжа (L5) на самом близком расстоянии 150 миллионов км от Солнца. В настоящее время она находится на стадии разработки и будет предоставлять поток данных в режиме, близком к реальному времени, для служб космической погоды после запуска в 2031 году.

Ссылки:

Джейн РН, и др. 2024. Влияние высокоскоростного потока солнечного ветра на ионосферную систему низких широт — исследование, объединяющее наблюдения индийского MOM и InSWIM. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, stae2091. Опубликовано: 09 сентября 2024 г. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae2091

Тернер Х., 2024. Улучшение прогнозов с помощью усвоения данных солнечного ветра. Кандидатская диссертация. Университет Рединга. 21 мая 2024 г. DOI: https://doi.org/10.48683/1926.00116526 Доступны на https://centaur.reading.ac.uk/116526/1/Turner_thesis.pdf

ESA. Безопасность космоса – Миссия Vigil. Доступно на https://www.esa.int/Space_Safety/Vigil

Eastwood JP, 2024. Магнитометр Vigil для оперативной космической погоды с точки L5 Солнце-Земля. Космическая погода. Впервые опубликовано: 05 июня 2024 г. DOI: https://doi.org/10.1029/2024SW003867

Статьи по теме