Солнечный ветер, поток электрически заряженных частиц, исходящий из внешнего атмосферного слоя короны Солнца, представляет угрозу для жизни и современных человеческих технологий. Магнитное поле Земли защищает от поступающего солнечного ветра, отклоняя его. Резкие солнечные события, такие как выбросы электрически заряженной плазмы из короны Солнца, создают возмущения в солнечном ветре. Поэтому изучение возмущений в условиях солнечного ветра (называемых космической погодой) является крайне важным. Выбросы корональной массы (ВКМ), также называемые « солнечными бурями» или « космическими бурями», связаны с солнечными радиовспышками . Изучение солнечных радиовспышек в радиообсерваториях может дать представление о ВКМ и условиях солнечного ветра. Первое статистическое исследование (опубликованное недавно), посвященное 446 зарегистрированным радиовспышкам IV типа, наблюдавшимся в течение последнего 24-го солнечного цикла (каждый цикл соответствует изменению магнитного поля Солнца каждые 11 лет), показало, что большинство продолжительных радиовспышек IV типа сопровождались выбросами корональной массы (КВМ) и возмущениями в условиях солнечного ветра.
Подобно тому, как на земную погоду влияют возмущения в солнечном ветре, на космическую погоду влияют возмущения в солнечном ветре. Но на этом сходство заканчивается. В отличие от земного ветра, который состоит из воздуха, включающего атмосферные газы, такие как азот, кислород и т. д., солнечный ветер состоит из перегретой плазмы, состоящей из электрически заряженных частиц, таких как электроны, протоны, альфа-частицы (ионы гелия) и тяжелые ионы, которые непрерывно испускаются из атмосферы Солнца во всех направлениях, включая направление на Землю.
Солнце является основным источником энергии для жизни на Земле, поэтому во многих культурах его почитают как дарителя жизни. Но есть и другая сторона медали. Солнечный ветер, непрерывный поток электрически заряженных частиц (плазмы), исходящий из солнечной атмосферы, представляет угрозу для жизни на Земле. Благодаря магнитному полю Земли, которое отклоняет большую часть ионизирующего солнечного ветра (от Земли), и атмосфере Земли, которая поглощает большую часть оставшегося излучения, обеспечивая тем самым защиту от ионизирующего излучения. Но дело не только в этом – помимо угрозы для биологических форм жизни, солнечный ветер также представляет угрозу для современного общества, движимого электричеством и технологиями. Электронные 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 потенциально может быть нарушено и остановлено возмущениями солнечного ветра¹ . Космонавты и космические корабли находятся в особой опасности. В прошлом было несколько подобных случаев, например, отключение электроэнергии в Квебеке в марте 1989 года, вызванное мощной солнечной вспышкой, серьезно повредило энергосистему. Пострадали и некоторые спутники. Поэтому крайне важно следить за состоянием солнечного ветра вблизи Земли – за тем, как его характеристики, такие как скорость и плотность, сила и ориентация магнитного поля , а также уровень энергетических частиц (то есть космическая погода), повлияют на жизнь и современное человеческое общество.
Подобно «прогнозированию погоды», можно ли предсказать и « космическую погоду»? Что определяет солнечный ветер и его условия вблизи Земли? Можно ли заранее узнать о каких-либо серьезных изменениях в космической погоде, чтобы принять превентивные меры и минимизировать разрушительное воздействие на Землю? И зачем вообще образуется солнечный ветер?
Солнце представляет собой шар из горячего электрически заряженного газа и поэтому не имеет определенной поверхности. Слой фотосферы рассматривается как поверхность Солнца, потому что это то, что мы можем наблюдать со светом. Слои ниже фотосферы внутрь к ядру для нас непрозрачны. Солнечная атмосфера состоит из слоев над поверхностью фотосферы Солнца. Это прозрачный газовый ореол, окружающий Солнце. Солнечная атмосфера, которую лучше видно с Земли во время полного солнечного затмения, состоит из четырех слоев: хромосферы, переходной области Солнца, короны и гелиосферы.
Солнечный ветер образуется в короне, втором слое (снаружи) солнечной атмосферы. Корона представляет собой слой очень горячей плазмы. В то время как температура поверхности Солнца составляет около 6000 К, средняя температура короны составляет около 1-2 миллионов К. Механизм и процессы нагрева короны и ускорения солнечного ветра до очень высоких скоростей и его расширения в межпланетное пространство , называемые «парадоксом нагрева короны», до сих пор недостаточно изучены, ² хотя в недавней статье исследователи попытались решить эту проблему с помощью фотонов, связанных с происхождением аксионов (гипотетической элементарной частицы темной материи) ³.
Иногда из короны в самый внешний слой солнечной атмосферы (гелиосферу) выбрасывается огромное количество горячей плазмы. Эти выбросы плазмы, называемые корональными выбросами массы (КВМ), вызывают значительные возмущения температуры, скорости, плотности и межпланетного магнитного поля солнечного ветра. Они создают сильные магнитные бури в геомагнитном поле Земли⁴ . Извержение плазмы из короны сопровождается ускорением электронов, а ускорение заряженных частиц генерирует радиоволны. В результате корональные выбросы массы (КВМ) также связаны со вспышками радиосигналов от Солнца⁵ . Поэтому исследования космической погоды должны включать изучение времени и интенсивности выбросов плазмы из короны в сочетании с солнечными вспышками, которые представляют собой радиовспышки IV типа, длящиеся длительное время (более 10 минут).
Возникновение радиовсплесков в более ранних солнечных циклах (периодический цикл магнитного поля Солнца каждые 11 лет) в связи с корональными выбросами массы (CME) изучалась в прошлом.
Недавнее долгосрочное статистическое исследование, проведенное Аншу Кумари и соавторами из Хельсинкского университета, посвященное радиовспышкам, наблюдаемым в 24-м солнечном цикле, проливает дополнительный свет на связь длительных радиовспышек с более широкой частотой (так называемые вспышки типа IV) с корональными выбросами массы (КВМ). Команда обнаружила, что примерно 81% вспышек типа IV сопровождались корональными выбросами массы (КВМ). Около 19% вспышек типа IV не сопровождались КВМ. Кроме того, только 2.2% КВМ сопровождаются радиовспышками типа IV⁶.
Постепенное понимание хронологии длительных вспышек типа IV и корональных выбросов массы поможет в планировании и определении сроков текущих и будущих космических программ, чтобы уменьшить их воздействие на такие миссии и, в конечном итоге, на жизнь и цивилизацию на Земле.
DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2102111
Ссылки:
- Белый С.М., б.д. Солнечные радиовсплески и Space Погода. Университет Мэриленда. Доступно онлайн по адресу https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Доступ осуществлен 29 января 2021 г.
- Ашванден М.Дж. и др. 2007. Парадокс коронального нагрева. Астрофизический журнал, том 659, номер 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070
- Русов В.Д., Шарф И.В. и др. 2021. Решение задачи нагрева короны с помощью фотонов аксионного происхождения. Физика Темной Вселенной, том 31, январь 2021 г., 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746
- Верма П.Л. и др., 2014. Корональные выбросы массы и возмущения параметров плазмы солнечного ветра в связи с геомагнитными бурями. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060
- Гопалсвами Н., 2011. Корональные выбросы массы и солнечные радиоизлучения. Центр данных CDAW НАСА. Доступно в Интернете по адресу https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Доступ 29 января 2021 г.
- Кумари А., Моросан Д.Е., Килпуа Э.К.Дж., 2021. О возникновении солнечных радиовсплесков IV типа в солнечном цикле 24 и их связи с корональными выбросами массы. Опубликовано 11 января 2021 г. Астрофизический журнал, Том 906, номер 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878
 is an imperative.){kind=link}