Scienty

Солнце выступает в роли наиболее эффективного ускорителя частиц в нашей планетной системе. Потоки заряженных частиц представляют опасность для функционирования космических аппаратов и могут оказывать негативное воздействие на электросети Земли. Используя данные, полученные со станции Solar Orbiter, исследователи классифицировали стремительно приближающиеся к планете электроны на две группы, основываясь на том, какие солнечные процессы являются источником их возникновения.

Фото: img.freepik.com

Солнечный аппарат Solar Orbiter представляет собой научную лабораторию, предназначенную для изучения Солнца. Он приближается к звезде на расстояние 42 миллиона километров от ее поверхности, что соответствует 0,28 астрономической единицы. Для сравнения, Меркурий в перигелии находится на расстоянии 47 миллионов километров.

Солнечная активность проявляется в различных формах. Например, солнечный ветер значительно слабее, чем вспышки и корональные выбросы. Именно они создают потенциально опасные потоки заряженных частиц, в частности, потоки солнечных электронов высокой энергии (solar energetic electrons, SEE), энергия которых варьируется от нескольких килоэлектронвольт до мегаэлектронвольт.

Солнечные выбросы энергетических частиц также классифицируют по продолжительности: импульсивные и продолжительные. Импульсивные выбросы исследователи ассоциируют с небольшими вспышками и другими подобными явлениями, а продолжительные – с мощными солнечными вспышками и выбросами корональной массы.

Используя данные, полученные в ходе работы с аппаратом Solar Orbiter, исследователи идентифицировали 303 выброса энергичных электронов, разделив их на импульсивные и продолжительные группы, и установили события на поверхности Солнца, которые стали их причиной.

«Наблюдается явное различие между «импульсивными» выбросами частиц, когда энергичные электроны покидают поверхность Солнца кратковременными всплесками во время солнечных вспышек, и «протяженными» выбросами, связанными с растянутыми во времени выбросами корональной массы, в процессе которых в течение продолжительного времени высвобождается более обширный поток частиц», — объяснил ведущий автор исследования Александр Вармут из Потсдамского астрофизического института (Германия)

Авторы собрали данные и сделали их общедоступными, разместив в каталоге. В него вошли сведения о 303 выбросах солнечных энергичных электронов, зарегистрированных аппаратом Solar Orbiter в период с ноября 2020 года по декабрь 2022-го. Каталог планируется дополнять.

В статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, в ходе исследования ученые представили первый статистический анализ данных о выбросах. За рассматриваемый период их количество росло, что связано с возрастающей солнечной активностью. Кроме того, зафиксировано, что большая часть выбросов была зарегистрирована на значительном удалении от Солнца, и это обусловлено эллиптической траекторией аппарата. Фактически, в среднем, вне зависимости от расстояния, Solar Orbiter фиксировал 0,3 выброса в день.

Ученые обнаружили связь импульсивных всплесков с рентгеновскими и мощными ультрафиолетовыми солнечными вспышками, а продолжительных – с выбросами корональной массы. Во время импульсивных выбросов исследователи также зафиксировали заметную задержку, которая составляла несколько часов, между этими событиями и потоком электронов, достигших аппарата:

«Выяснилось, что это, по крайней мере отчасти, обусловлено особенностями перемещения электронов в пространстве — возможно, задержка возникает как при их высвобождении, так и при фиксации аппаратурой. Электроны подвергаются турбулентности, рассеиваются в разные стороны и проявляют схожие явления, из-за чего их не удается зафиксировать сразу. Этот эффект становится более выраженным по мере удаления от Солнца», — объяснила соавтор работы Лаура Родригез-Гарсия.

В ближайшем будущем эксперты, занимающиеся изучением солнечной погоды, получат еще три новых инструмента: TRACERS, СМАЙЛ и Vigil. TRACERS – это пара спутников, предназначенных для исследования взаимодействия солнечных частиц с магнитосферой Земли, запуск которых намечен на 23 июля 2025 года. Аппарат СМАЙЛ также будет собирать информацию о взаимодействии солнечного ветра с земной магнитосферой. Он будет двигаться по эллиптической орбите вокруг Земли, удаляясь дальше, чем TRACERS. На самой удаленной точке своей траектории СМАЙЛ будет находиться на расстоянии 121 тысячу километров над Северным полюсом (это приблизительно треть расстояния от Земли до Луны, но «над» плоскостью эклиптики). Европейское космическое агентство и Китайская академия наук планируют запустить СМАЙЛ уже в 2026 году.

Аппарат Vigil будет находиться на орбите Земли, двигаясь вместе с нашей планетой в пятой точке Лагранжа (системы Солнце — Земля). В настоящее время в L5 не размещено ни одного подобного устройства. Основной задачей Vigil станет наблюдение за процессами, происходящими на поверхности Солнца, которые являются источником солнечного ветра и потоков заряженных частиц. Солнце вращается вокруг своей оси быстрее, чем Земля совершает оборот по орбите, благодаря чему аппарат сможет наблюдать за стороной Солнца на четыре-пять дней раньше, чем она окажется обращена к нашей планете. Это позволит значительно улучшить точность и своевременность прогнозов солнечной активности. Запуск миссии Vigil запланирован на 2031 год.