Астронавты на МКС запечатлели потрясающий удар молнии из космоса — впечатляющий вид земной погоды
Теория Эйнштейна помогает астрономам обнаружить загадочную свободно плавающую планету с помощью «Хаббла»
Астрономы поражены вспышкой чёрной дыры, которая дважды возникла из одной звезды
NASA обнаружило загадочный «остров-призрак» в Каспийском море, который появляется и быстро исчезает
Невидимая битва в космосе
Высоко над нашей планетой, где магнитосфера встречается с пустотой космоса, разворачивается мощная битва. Потоки заряженных частиц из солнечного ветра постоянно мчатся к Земле, но отклоняются магнитным щитом нашей планеты. Этот невидимый барьер защищает спутники, системы GPS и астронавтов от вредного излучения.
Однако эта защита не абсолютна. Когда линии магнитного поля разрываются и вновь соединяются в процессе, называемом магнитным пересоединением, всплески энергии прорываются в космос. Эти события могут повредить спутники и нарушить связь, побуждая учёных разрабатывать новые способы их прогнозирования до того, как они нанесут удар.
Прорыв в мониторинге магнитного пересоединения
Десятилетиями исследователи пытались измерить скорость и силу магнитного пересоединения. Традиционные методы основывались на пролёте космических аппаратов через узкие участки пространства или наблюдениях с ограниченных точек обзора.
Группа японских учёных под руководством Ёсукэ Мацумото из Института перспективных академических исследований Университета Тиба предложила новаторское решение: использование мягких рентгеновских лучей для визуализации этих невидимых космических взаимодействий.
Этот инновационный подход использует явление, известное как обмен зарядом солнечного ветра (SWCX), когда ионы солнечного ветра сталкиваются с нейтральными атомами водорода вокруг Земли, испуская слабое рентгеновское излучение. С помощью японского суперкомпьютера Fugaku команда Мацумото смоделировала эти рентгеновские излучения во время коронального выброса массы — интенсивного солнечного события, которое заполняет космос высокоскоростными частицами.
Модели показали поразительные V-образные структуры рентгеновских лучей, которые отражали пути воссоединения магнитных силовых линий. Анализируя углы этих форм, команда рассчитала глобальную скорость пересоединения, равную 0,13, что соответствует теоретическим предсказаниям и прошлым экспериментальным данным.
Мацумото объяснил: «Визуализация рентгеновских лучей от обращённой к Солнцу границы магнитосферы теперь потенциально может количественно оценить приток солнечной ветровой энергии в магнитосферу, что делает рентгеновские лучи новым диагностическим инструментом космической погоды».
Преодоление разрыва между локальными данными и глобальным мониторингом
До сих пор исследования космической погоды сталкивались с фундаментальным разрывом. Космические аппараты могли предоставлять только мелкомасштабные, локализованные данные, в то время как крупномасштабный поток энергии оставался в значительной степени теоретическим.
Сравнивая свои рентгеновские симуляции с магнитогидродинамическими (МГД) моделями, команда Мацумото продемонстрировала, что мягкие рентгеновские лучи могут показать, где происходит пересоединение и как быстро оно происходит по всей магнитосфере.
Этот прогресс позволяет учёным объединить глобальные изображения с локальными измерениями, создавая более чёткую картину того, как космическая погода влияет на Землю.
Почему это открытие может изменить прогнозирование космической погоды
Последствия этого исследования выходят далеко за рамки академического интереса. События магнитного пересоединения представляют реальную опасность для инфраструктуры, от которой зависит современная жизнь. Мощные солнечные бури могут повредить электронику спутников, поставить под угрозу астронавтов и даже нарушить работу электросетей на Земле.
Спутники, оснащённые рентгеновской съёмкой, могут служить системой раннего предупреждения, функционируя во многом подобно метеорологическим радарам, которые сканируют небо в поисках признаков опасных штормов.
Потенциал технологии не ограничивается Землёй. Магнитное пересоединение — это универсальное явление, определяющее поведение звёзд, чёрных дыр и даже удержание плазмы в термоядерных реакторах. Как отметил Мацумото: «Магнитное пересоединение не только ответственно за прорыв магнитного щита Земли, но также лежит в основе взрывных событий в плазменных устройствах, на Солнце и в чёрных дырах».