Астрофизики научились точно предсказывать солнечные вспышки

МОСКВА, 21 авг — РИА Новости. Японские ученые создали первый физический метод предсказания мощных вспышек на Солнце. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Солнечные вспышки — это сильные внезапные всплески электромагнитного излучения на поверхности Солнца и в его короне, при которых плазма и энергетические частицы выбрасываются в межпланетное пространство.

Поскольку крупные вспышки на Солнце вызывают серьезные нарушения космической погоды, а плазменные факелы приводят к возникновению геомагнитных бурь, влияющих на технику и биологические объекты на Земле, ученые стараются как можно точнее прогнозировать их возникновение. Однако, поскольку сам механизм образования солнечных вспышек неясен, большинство методов прогнозирования до сих пор были эмпирическими.

Астрофизики из Нагойского университета разработали первую базирующуюся на теоретических расчетах физическую модель, которая может точно предсказывать надвигающиеся крупные солнечные вспышки.

Новый метод, названный "каппа-схемой" (К-схема), основан на теории двухдуговой магнитогидродинамической (МГД) неустойчивости, вызванной магнитным пересоединением. Исследователи предположили, что мелкомасштабное пересоединение силовых линий магнитного поля может сформировать двойное дуговое (m-образное) магнитное поле и спровоцировать начало солнечной вспышки.

Солнечные вспышки тесно связаны с магнитным полем Солнца. В то время как линии магнитного поля Земли прямые и статические, идущие от южного полюса к северному, поверхность Солнца представляет собой хаотическое море ионов и тепловой энергии, что значительно усложняет линии магнитного поля.

К-схема предполагает, что солнечные вспышки возникают, когда многие силовые линии магнитного поля сливаются в одну гораздо большую петлю. Это может быть вызвано, например, ударами о поверхность одиночной космической частицы.

"В некоторых местах на горе небольшая подвижка может спровоцировать сход лавины, но в других местах это вызовет только образование трещины, — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования Каньи Кусано (Kanya Kusano), директора Института исследований окружающей среды космоса и Земли. — Мы реализуем нашу теорию, чтобы вычислить, сколько магнитных пересоединений в определенном месте необходимо, чтобы возникла солнечная вспышка".

Новый метод прогнозирования использует спутниковые изображения, чтобы найти места на Солнце, где созданы условия для этих магнитных пересоединений и, следовательно, солнечных вспышек. Эти условия также могут подсказать, насколько большой может быть потенциальная вспышка.

© Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University

Процесс образования солнечных вспышек: A - электрические токи текут вдоль силовых линий магнитного поля поперек линии инверсии магнитной полярности на поверхности Солнца; В - силовые линии магнитного поля соединяются и образуют петлю с двойной дугой, которая удаляется от поверхности из-за магнитогидродинамической нестабильности; С - движение двойной дуги вверх вызывает дополнительное магнитное пересоединение. Солнечная вспышка начинает вырываться из базисных точек пересоединенных силовых линий; D - увеличение количества магнитных пересоединений усиливает нестабильность, и солнечная вспышка расширяется.

Прогнозная модель была протестирована примерно на 200 регионах Солнца в период их активности. По каждому региону анализировались данные, полученные спутником NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) во время 24-часовых циклов солнечной активности за период с 2008 по 2019 год.

Было продемонстрировано, что, за некоторыми исключениями, модель успешно предсказывает самые крупные солнечные вспышки (вспышки класса Х), а также точное место, из которого они появятся в течение следующих 20 часов.

Все предыдущие методы прогнозирования солнечных вспышек основывались на эмпирических допущениях, согласно которым наблюдения предыдущего дня экстраполировались на следующий день без учета возможного изменения активности вспышек. Каппа-схема предсказывает аномальные выбросы основываясь лишь на физических параметрах, независимо от предшествующей активности.

Исследователи отмечают, что, несмотря на то что схема требует доработки, их модель уже сейчас позволяет прогнозировать солнечные вспышки значительно надежнее, чем все предыдущие.