Рентгеновские лучи помогут прогнозировать магнитные бури
Магнитосфера, образованная магнитным полем Земли, действует как защитный экран, который отклоняет солнечный ветер — поток заряженных частиц, постоянно устремляющийся от Солнца по всем направлениям, в том числе к нашей планете. Этот магнитный барьер защищает нашу атмосферу, здоровье все живых организмов и чувствительные к излучению технологии в околоземном пространстве, прежде всего спутники связи.
Однако магнитосфера не является непроницаемой. Явление называемое «магнитным пересоединением» (magnetic reconnection), способно временно разрушить этот барьер во время сильного солнечного ветра и вызвать сильные энергетические колебания в околоземном пространстве. По мере роста человеческой активности на орбите понимание и прогнозирование непостоянной космической погоды становятся критически важными.
Ключом к пониманию этих нарушений является измерение так называемой «скорости повторного подключения», которая количественно определяет энергоэффективность процессов пересоединения. На протяжении десятилетий ученые пытались измерить эту скорость разными способами, включая полеты космических аппаратов непосредственно через зоны повторного подключения и наблюдения солнечных вспышек с помощью дистанционных изображений.
Однако традиционные подходы позволяют получить только локальные снимки магнитного переподключения или ограничены конкретными, часто нестабильными условиями. Получение всеобъемлющей и согласованной картины, позволяющей сократить разрыв между локальными и глобальными показателями, остается сложной задачей.
Группа, возглавляемая доцентом Йосуке Мацумото (Yosuke Matsumoto) из Института перспективных академических исследований Университета Тиба, Япония, тестирует инновационный подход с использованием мягкого рентгеновского излучения для измерения частоты повторного подключения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
В этом исследовании ученые предлагают использовать мягкое рентгеновское излучение, которое естественным образом возникает, когда частицы солнечного ветра взаимодействуют на границах магнитосферы с нейтральными атомами водорода.
Команда провела вычисления на суперкомпьютере Fugaku, объединив глобальное магнитогидродинамическое моделирование магнитосферы Земли с высоким разрешением и модель мягкого рентгеновского излучения. На основе моделирования они проанализировали, как рентгеновские лучи, ассоциированные с повторным подключением, выглядят в точке, расположенной на расстоянии от Земли до Луны, в условиях интенсивного солнечного ветра. Эта точка обзора примерно соответствует перспективному рентгеновскому спутнику типа GEO-X, запуск которого запланирован на ближайшее время.
Проанализировав результаты моделирования, исследователи пришли к выводу, что самое яркое рентгеновское излучение визуализируется как отчетливые остроконечные узоры, которые непосредственно отражают структуру магнитного поля вокруг зон пересоединения. Измерив угол раскрытия этих ярких областей, исследователи убедились, что глобальная скорость повторного подключения полностью соответствует теоретическим прогнозам и предыдущим лабораторным измерениям.
Корреляция ярких проявлений мягкого рентгеновского излучения с частотой повторного подключения предоставляет ученым новый метод оценки этого важного параметра состояния магнитосферы. Визуализация рентгеновских лучей с обращенной к Солнцу границы магнитосферы теперь потенциально может количественно оценить приток энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли. Это делает рентген новым неожиданным инструментом прогнозирования космической погоды.Йосуке Мацумото
Умеют ли пользователи распознавать спам и фишинг в почте
5 вопросов
Как часто в личной почте вы получаете письма, которые можете классифицировать как нежелательный рассылки (спам и фишинг)? Каждый деньОдин или несколько раз в неделю
Один или несколько раз в месяц
Один или несколько раз в год
Не получаю
Не знаю/ затрудняюсь ответить
Далее
Примечательно, что это исследование также имеет более широкое научное значение для понимания магнитного пересоединения в других контекстах. Данное явление не только ответственно за нарушение магнитного поля Земли, но и лежит в основе взрывных явлений в плазменных устройствах, на поверхности Солнца, в нейтронных звездах и черных дырах. Понимание этого процесса имеет важное значение для таких технологий, как удержание плазмы в термоядерных реакторах, и исследования происхождения космических лучей высоких энергий.
