Понимание и прогнозирование всплесков высокоэнергетических частиц на Солнце имеет решающее значение для защиты астронавтов, спутников и технологий на Земле и в космосе. Эти события, известные как солнечные вспышки энергичных частиц (Solar Energetic Particle Events, SEP), представляют собой мощные выбросы заряженных частиц высокой энергии от Солнца, которые могут нарушать работу систем связи, повреждать ценное оборудование и представлять опасность для здоровья в космосе.
Команда исследователей из Мичиганского университета, Центра космических полётов имени Годдарда NASA и Группы анализа космической радиации NASA создала новую компьютерную модель под названием SOlar-wind with FIeld-lines and Energetic-particles (SOFIE), чтобы улучшить прогнозы этих опасных событий. Их исследование опубликовано в журнале Space Weather.
Как работает модель SOFIE
Модель SOFIE помогает прогнозировать события космической погоды, моделируя ускорение высокоэнергетических частиц, то есть их скорость и энергию, а также их движение в космосе. Объединяя данные о солнечном ветре в реальном времени — постоянном потоке заряженных частиц от Солнца — с детальным компьютерным моделированием мощных солнечных извержений, называемых выбросами корональной массы (Coronal Mass Ejections, CME), модель предлагает более точный способ прогнозирования космической радиации.
«Используя фундаментальную физику для моделирования этих событий, мы можем предсказывать интенсивность солнечных энергичных частиц с большей точностью», — пояснил доктор Чжао.
Исследователи протестировали SOFIE на прошлых солнечных вспышках энергичных частиц, чтобы увидеть, насколько хорошо она может предсказывать их поведение. Результаты показали, что модель точно соответствует реальным наблюдениям, что является значительным улучшением по сравнению с предыдущими методами.
Кроме того, модель SOFIE — единственная прогностическая модель, которая полностью объединяет все критические компоненты динамики солнечных энергичных частиц, включая ускорение и перемещение от нижней солнечной короны до межпланетного пространства, сохраняя при этом возможность прогнозирования быстрее, чем в реальном времени.
Ключевые преимущества модели SOFIE
Одним из ключевых преимуществ SOFIE является её способность отслеживать взаимодействие выбросов корональной массы с солнечным ветром и ускорение энергичных частиц. Модель следует пошаговому процессу: сначала моделируются фоновые условия солнечного ветра, затем добавляется магнитная структура (magnetic fluxrope), представляющая собой скрученную структуру магнитных полей, для инициализации выброса корональной массы, и, наконец, прогнозируется движение высокоэнергетических частиц в космосе.
Этот подход даёт учёным более чёткое представление о том, как развиваются солнечные извержения и как они могут повлиять на Землю. «Мы показали, что наша модель может точно отражать ключевые процессы, лежащие в основе солнечных вспышек энергичных частиц», — сказал доктор Чжао.
Исследование предполагает, что SOFIE может стать ценным инструментом для прогнозирования космической погоды, предоставляя астронавтам, операторам спутников и космическим агентствам более ранние предупреждения о потенциальных опасностях. Улучшая прогнозы, модель помогает защитить здоровье астронавтов от радиации, а также коммуникационные сети и системы навигации от сбоев, вызванных солнечными бурями.
Исследовательская группа планирует усовершенствовать SOFIE, добавив больше данных в реальном времени и увеличив окно прогнозирования для более эффективной поддержки будущих космических миссий.
Ссылка на журнал
Zhao, L., Sokolov, I., Gombosi, T., Lario, D., Whitman, K., Huang, Z., et al. «Solar wind with field lines and energetic particles (SOFIE) model: Application to historical solar energetic particle events». Space Weather, 2024. DOI: https://doi.org/10.1029/2023SW003729