Ученые определили источник опасных высокоэнергетических частиц на Солнце

Источник потенциально опасных солнечных частиц, выбрасываемых Солнцем с высокой скоростью во время штормов в его внешней атмосфере, был впервые обнаружен исследователями из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Университета Джорджа Мейсона.

Эти частицы сильно заряжены и, если они достигнут атмосферы Земли, могут потенциально нарушить работу спутников и электронной инфраструктуры, а также представлять радиационную опасность для астронавтов и людей в самолетах.

В 1859 году, во время так называемого Каррингтонского события, большая солнечная буря привела к сбою телеграфных систем по всей Европе и Америке. В современном мире, так сильно зависящем от электронной инфраструктуры, потенциал причинения вреда гораздо больше.

Чтобы свести к минимуму опасность, ученые пытаются понять, как образуются эти потоки частиц, чтобы лучше предсказать, когда они могут повлиять на Землю.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, исследователи проанализировали состав частиц солнечной энергии, направляющихся к Земле, и обнаружили, что они имеют тот же «отпечаток», что и плазма, расположенная низко в короне Солнца, близко к средней области атмосферы Солнца, хромосфере.

«В нашем исследовании мы впервые наблюдали, откуда именно на Солнце появляются частицы солнечной энергии. Наши данные подтверждают теорию о том, что эти высокозарядные частицы происходят из плазмы, которая удерживается низко в атмосфере Солнца сильными магнитными полями. Эти энергетические частицы, однажды высвобожденные, затем ускоряются извержениями, которые движутся со скоростью нескольких тысяч километров в секунду» — говорят ученые..

«Энергетические частицы могут прибыть на Землю очень быстро, в течение нескольких минут или нескольких часов, причем эти события длятся несколько дней. В настоящее время мы можем только давать прогнозы этих событий по мере их возникновения, поскольку очень сложно предсказать эти события до того, как они произойдут. Лучше понимая процессы, происходящие на Солнце, мы можем улучшить прогнозы, чтобы, когда разразится крупная солнечная буря, у нас было время действовать, чтобы снизить риски.»

Ведущий автор доктор Дэвид Брукс сказал: «Наши наблюдения дают взгляд на то, откуда берется материал, который производит частицы солнечной энергии в нескольких событиях последнего солнечного цикла. Сейчас мы начинаем новый солнечный цикл, и как только он начнется, мы будем использовать те же методы, чтобы увидеть, верны ли наши результаты в целом или эти события являются чем-то необычным».

«Нам повезло в том, что наше понимание механизмов, лежащих в основе солнечных бурь и частиц солнечной энергии, вероятно, быстро продвинется вперед в ближайшие годы благодаря данным, которые будут получены с двух космических аппаратов — Solar Orbiter и Parker Solar Probe, которые движутся ближе к Солнцу, чем любой космический аппарат до этого.»

В ходе исследования ученые использовали измерения со спутника НАСА Wind, расположенного между Солнцем и Землей, чтобы проанализировать серию потоков солнечных энергетических частиц, каждый из которых длился не менее суток, в январе 2014 года. Они сравнили это с данными спектроскопии космического аппарата «Хинод» под управлением JAXA.

Они обнаружили, что частицы солнечной энергии, измеренные спутником Wind, имеют ту же химическую сигнатуру — обилие кремния по сравнению с серой — что и плазма, заключенная близко к верхней части хромосферы Солнца. Эти места находились в «подножиях» горячих корональных петель, то есть в нижней части петель магнитного поля и плазмы, простирающихся во внешнюю атмосферу Солнца и обратно.

Используя новую методику, команда ученых измерила напряженность коронального магнитного поля в этих точках и обнаружила, что она очень высока, в области от 245 до 550 Гаусс, подтверждая теорию о том, что плазма удерживается в атмосфере Солнца сильными магнитными полями перед ее выбросом в космос.

Частицы солнечной энергии высвобождаются из Солнца и ускоряются солнечными вспышками (крупными взрывами) или выбросами корональной массы — выбросами огромных облаков плазмы и магнитного поля. Около 100 событий выброса частиц солнечной энергии происходят каждый 11-летний солнечный цикл, хотя это число варьируется от цикла к циклу.

Последние данные подтверждают идею о том, что некоторые частицы происходят из другого источника, чем медленный солнечный ветер (происхождение которого до сих пор обсуждается), поскольку они заключены в определенных условиях в горячих корональных петлях в ядре области источника. Более быстрый солнечный ветер непрерывно испускается Солнцем; его столкновение с атмосферой Земли может вызвать Северное сияние.

Высокоэнергетические частицы, выпущенные в январе 2014 года, пришли из изменчивой области Солнца, которая имела частые солнечные вспышки, а также чрезвычайно сильное магнитное поле. Область, известная как 11944, была одной из самых больших активных областей на Солнце в то время и была видна наблюдателям на Земле как солнечное пятно — темное пятно на поверхности Солнца.

В то время Центр прогнозирования космической погоды NOAA / NWS объявил о сильном радиационном шторме, но известно, что событие с частицами солнечной энергии не вызвало каких-либо нарушений в атмосфере Земли, хотя компьютерные системы на самом космическом корабле Hinode зафиксировали несколько попаданий частиц.

Вскоре после этого было проведено измерение напряженности магнитного поля в области 11944 в отдельном исследовании, и оно было одним из самых высоких, когда-либо зарегистрированных на Солнце,—8,2 kG.