Солнечные бури, выбрасывающие потоки магнетизма по всей Солнечной системе, могут выводить из строя спутники, электросети, системы связи и навигации, а также угрожать астронавтам в космосе. Учёные могут наблюдать за этими явлениями, называемыми выбросами корональной массы (CME), в реальном времени, но предсказать, когда они произойдут, сложно.
Обсерватория коронального солнечного магнетизма (COSMO) может это изменить
Учёные из Национального научного фонда США и Национального центра атмосферных исследований (NSF NCAR) разрабатывают COSMO, чтобы обеспечить более раннее предупреждение о CME, направляющихся к нашей планете. Наземная солнечная обсерватория изменит фундаментальное понимание человечеством формирования солнечных извержений и других явлений космической погоды, которые могут влиять на технологии — и, следовательно, на жизнь и средства к существованию людей — на Земле.
Основные этапы развития COSMO
За прошедший год NSF NCAR достигла значительных успехов в разработке COSMO. В апреле команда завершила финальный обзор проекта (FDR) для Большого коронаграфа (COSMO-LC), солнечного телескопа, который станет центральным и наиболее узнаваемым инструментом обсерватории. Они также сузили список потенциальных мест для размещения COSMO и развернули инструменты для следующего этапа оценок.
Холли Гилберт, главный исследователь COSMO и директор обсерватории Высокогорья NSF NCAR, сказала: «Мы знаем, что солнечные бури зарождаются во внешней атмосфере Солнца, известной как корона, но нам нужно больше понимать о магнитных процессах и условиях, которые возникают перед бурей».
COSMO будет измерять магнитные поля, которые вызывают извержения, и позволит нам изучать солнечную атмосферу как взаимосвязанную систему — то, что не могут предоставить существующие объекты или инструменты. Он предназначен для заполнения важных пробелов в наблюдательных возможностях человечества.
Финальный обзор проекта (FDR)
NSF NCAR работала с European Industrial Engineering (EIE) над финальным обзором проекта (FDR), завершённым в апреле 2025 года. FDR стал кульминацией усилий учёных, инженеров NSF NCAR и их партнёров из EIE по разработке конструкции COSMO-LC, соответствующей всем научным и техническим требованиям. В рамках FDR EIE также разработала смету строительства телескопа COSMO-LC — наиболее неопределённого элемента стоимости COSMO до FDR. Смета строительства составляет 20 миллионов долларов в долларах 2025 финансового года, не включая расходы на место строительства для купола телескопа, приборов и зданий обсерватории.
У COSMO-LC будет апертура диаметром 1,4 метра (55 дюймов) — отверстие в линзе, пропускающее свет. Это сделает коронаграф рефракционным телескопом с самым большим диаметром в мире. Большая апертура COSMO позволит телескопу собирать достаточно света для измерения силы магнитного поля короны.
Выбор места для обсерватории
После оценки шести потенциальных площадок для COSMO NSF NCAR сузила свой выбор до следующих мест. Критерии оценки команды включали локальные факторы стоимости, научную жизнеспособность, геополитические условия и другие соображения.
Для следующего этапа оценки площадок NSF NCAR развернула дополнительные инструменты для измерения атмосферных условий, которые могут повлиять на чёткость корональных наблюдений, продолжая при этом наблюдать яркость неба и погоду. NSF NCAR продолжит работу с сообществами в трёх выбранных местах по мере продолжения оценки данных. В этот период NSF NCAR также уточнит данные о факторах, влияющих на стоимость строительства, и других факторах, которые повлияют на выбор места для COSMO.
После этого этапа NSF NCAR порекомендует основное и резервное место для COSMO и будет искать возможности предложить полномасштабное строительство COSMO.
NSF NCAR продолжит сбор метеоданных и радиометрических данных на станции Баркрофт в Калифорнии и в обсерватории Астрономико Феликс Агилар в Аргентине, даже если они не были выбраны для оценки на втором этапе. Эти данные могут быть полезны для будущих проектов, включая расположение коронаграфов для следующего поколения Глобальной сети осцилляций (ngGONG).
Сейчас учёные могут только наблюдать за происходящими солнечными бурями — как если бы они заметили уже сформировавшийся торнадо. COSMO позволит учёным понять, что происходит в атмосфере Солнца перед солнечной бурей, что имеет решающее значение для прогнозирования их возникновения. Более точные прогнозы дадут операторам электросетей, спутниковым провайдерам и другим лицам больше времени на подготовку к приближающейся солнечной буре, подобно выдаче предупреждений о торнадо.
Инструменты COSMO
У COSMO будет три инструмента, работающих вместе для отслеживания накопления энергии в магнитном поле Солнца: COSMO-LC, K-Coronagraph (K-Cor) и Хромосферный магнитометр (ChroMag). Вместе эти три инструмента будут наблюдать за изменениями в условиях плазмы в короне и атмосфере чуть ниже короны, которая называется хромосферой. Эти наблюдения будут использоваться для выявления и отслеживания физических процессов, создающих солнечные бури, и предоставления новой информации для прогнозирования космической погоды.
Сочетание COSMO-LC, K-Cor и ChroMag сможет решить несколько научных задач, предоставив фундаментальную информацию, необходимую для прогнозирования космической погоды в ближайшем будущем и через 10 лет.
Информация, предоставленная COSMO, заполнит «критический информационный пробел» в возможностях науки и прогнозирования космической погоды, согласно Обзору солнечной и космической физики на десятилетие (Solar and Space Physics Decadal Survey), который представляет собой комплексное видение развития и расширения границ солнечной и космической физики на следующее десятилетие.
Обзор отмечает, что «для захвата явлений извержения почти наверняка потребуется глобальное поле зрения», такое как то, которое может предоставить COSMO-LC. Обзор также признаёт продвинутое состояние проектирования COSMO-LC и то, что обсерватория будет использовать проверенные технологии, что снизит затраты и научные риски, связанные со строительством.
Усовершенствованный корональный многоканальный поляриметр (UCoMP), который в настоящее время используется в Обсерватории солнечных пятен Мауна-Лоа (MLSO) в Гавайях, является прототипом более крупного COSMO-LC. K-Cor уже используется в MLSO, а ChroMag готов к развёртыванию там. NSF NCAR также располагает более чем 60-летними синоптическими изображениями из MLSO, что позволяет учёным изучать магнитную активность короны в краткосрочной и долгосрочной перспективе.
Изучение короны лежит в основе прогнозирования космической погоды. COSMO будет использовать возможности MLSO для создания ещё более полного представления о короне и дополнит другие доступные наземные и космические обсерватории, такие как солнечный телескоп Дэниела К. Иноуэ (NSF), который видит солнечные явления в три раза меньшие, чем любой другой солнечный телескоп, или миссия NASA «Полариметр для унификации короны и гелиосферы» (PUNCH), запущенная в марте 2025 года, которая изучает солнечные транзиентные явления по мере их перемещения из короны к Земле.
Сара Гибсон, старший научный сотрудник NSF NCAR и руководитель проекта по разработке COSMO, сказала: «Различные наблюдения, поля зрения и точки обзора в космосе и на Земле позволяют нам создать более полное представление и понимание Солнца. COSMO предоставит недостающий элемент — глобальный (целый солнечный) вид короны».