Нов метод за предсказване на големи слънчеви изригвания

Изображение отблизо на слънцето с голяма светкавица на една част.

В горния ляв ъгъл виждате слънчев светкавица от клас X на ръба на слънцето на 7 март 2012 г., заснета, когато слънцето все още се издигаше до върха на последния 11-годишен слънчев цикъл (Цикъл 24). Х-светкавици като тази имат потенциал да изпращат потоци от заредени частици към Земята, което може да наруши земните технологии. Изображение чрезЦентърът за космически полети на Годард на НАСА/ Обсерваторията на НАСА за слънчева динамика (SDO).


Миналото лято, слънчев физикКаня Кусанона Япония и неговите колеги,публикуванинова статия в престижното списаниеНаука, очертавайки нов метод за прогнозиране на потенциално опаснислънчеви светкавици. Методът не е перфектен; тестове, използващи слънчеви наблюдения, получени през 2008 до 2019 г., доведоха до някои фалшиви отрицателни и фалшиво положителни резултати. И все пак, впечатляващо, методът успешно предсказва седем от девет от най-големите светкавици от клас X-най-мощният вид слънчеви изригвания-от последния слънчев цикъл. Методът също така предоставя точното място, където ще започне всяка изблик, и определя граници за това колко мощна ще бъде тя.Греъм Джоунс- който е базиран в Япония - имаше възможност да интервюира Каня Кусано за тази работа. Интервюто му е по -долу.

За слънчевите изригвания. Те са кратки изригвания на интензивна високоенергийна радиация от повърхността на слънцето. Те са свързани със слънчеви петна,изхвърляне на коронална масаи други признаци на висока активност на слънцето през 11-годишния му цикъл.Сегашният цикъл - Цикъл 25 - сега започна, казват учените. Дейността на слънцето създава това, което е известнокосмическо време. Точните прогнози за космическото време са важни, тъй като голям слънчев пристъп изхвърля заредени частици към Земята и причинява прекъсвания в електрическите ни мрежи и смущения на спътниците в орбита.


Разбирането кога и защо се случват тези мощни слънчеви изблици е трудно предизвикателство в астрофизиката. Голяма част от работата е върху теоретични математически модели, тъй като учените се опитват да разберат точната физика зад слънчевите изригвания и произтичащите от тях изхвърляния на коронална маса. Цялата тази работа имакрайната цел на предвижданетобури на слънце.

Това, което отличава метода на екипа на Kusano е, че това е такафизическивместо да се основава на модели. С други думи, тези учени са използвали обсерваторията на НАСА за слънчева динамика (SDO) данни за създаване на триизмерна картина-магнитна карта-на слънцето.

Техният подход отваря нова посока за изследване на предсказването на слънчеви изблици. Кусано говори за тяхната работа по -долу.

Усмихнат и весел японец, с очила, облечен в костюм.

Каня Кусаное директор наИнститут за космически изследвания на околната среда Земяв университета в Нагоя. Той и неговият екип са разработили физически базиран модел за предсказване на предстоящи големи слънчеви изригвания. Изображение чрезУниверситет Нагоя.


Джоунс:Какво представлява Институтът за космически изследвания на околната среда на Земята и каква е вашата роля?

Кусано:Човешката среда е толкова разширена, че дори се разпространява в космоса. Нашият институт е създаден през 2015 г., за да комбинира космическата наука и науката за Земята. Моят опит е в астрофизиката, но работех в Японската агенция за наука и технологии за морската земя, където разработих симулации на облаци и валежи. Аз съм теоретик, но винаги се опитвам да приложа теорията за някаква практическа полза. Прогнозирането на космическото време е област, в която основните науки и практическото приложение трябва да се комбинират.

Джоунс:Каквоеслънчев пристъп и защо учените ги изучават?

Кусано:Слънчев изригване е вид експлозия на слънцето. Движещата сила е енергията, съхранявана в магнитното поле на Слънцето. Тази магнитна енергия се натрупва бавно за много дълго време, която след това изведнъж се освобождава като радиация ивисокоенергийни частици.


Това е точно като лавина в планина: снегът се натрупва в продължение на много дни, докато гравитационната енергия се освободи в лавина.

Първата причина, поради която искаме да изучаваме тези изблици на слънцето, е, че явленията, които се случват внезапно, са много интересни научни предмети. Какво определя началото на експлозия? Атайфун, който бързо расте от система с ниско налягане, е друг пример за експлозия в атмосферна система.

Втората причина е дазащитанашето общество. Разпределението на слънчевите изригвания е подобно на земетресения: имаме много малки слънчеви изригвания, а големи са много редки. Въпреки това, когато настъпи голям изблик, въздействието върху нашата икономика и общество може да бъде огромно. Сателитите могат да бъдат повредени и електрическата мрежа може да бъде повредена на много широка площ.

Единственият начин да се смекчи такъв вид въздействие е чрез прогнозиране.


Джоунс:Защо е отнело толкова много време, за да се измисли начин да се предскажат слънчевите изригвания?

Кусано:Слънчевите изригвания са открити през 1859 г. отРичард Карингтън, британски астроном. Хората ги изучаваха повече от 100 години.

Но през последните две или три десетилетия нашите знания се подобриха изключително много поради наблюденията с много висока разделителна способност по спътника. Сега разбираме, че слънчевият изригване е експлозия на магнитна енергия.

Какво обаче определя кога се появява слънчевата светлина? Това все още е мистериозен проблем.

Джоунс:Как решавате този проблем?

Кусано:Обсерваторията на НАСА за слънчева динамика (SDO) спътникът предоставя магнитни данни за слънчевата повърхност. Невъзможно е да се наблюдава директно магнитното поле в три измерения, затова разработихме софтуер, който може да изчисли триизмерното поле от повърхностните данни. След това комбинираме това с теорията. Нестабилността на магнитното поле се предизвиква от магнитно повторно свързване, при което полевите линии се разменят. Ако можем да намерим някаква позиция, в която малко количество магнитно повторно свързване би могло да предизвика нестабилност, тогава можем да предвидим, че от там трябва да започне голям пристъп. Подобно е на тази лавина. Ако имате дебел сняг на планина, теорията може да ни каже колко малка пукнатина може да предизвика лавина на всяка позиция.

Гледайте слънцето сега, чрез SDO

Джоунс:Вашиятнай -новата хартияе доказателство за концепция. Колко време ще мине, преди да започнете редовно да правите прогнози за слънчеви изригвания?

Кусано:В момента нашата схема изисква голямо, тежко изчисление. Ние използваме суперкомпютър тук, в Япония. Въпреки това, за да се направи една прогноза, са необходими повече от три часа изчисления. Освен това са необходими повече от няколко часа, за да получите SDO сателитни данни. За да накараме нашия метод да работи за създаване на практически, оперативни прогнози за слънчеви изригвания, трябва да ускорим събирането и изчисляването на данни.

Вярвам, че в рамките на няколко години можем да направим някаква оперативна прогноза, използвайки нашата схема.

Джоунс:Много хора се притесняват, че друг голям слънчев пристъп ще се случи по начин, който би повлиял на технологиите ни на Земята - друго събитие катоСъбитие в Карингтън, най-голямата космическа супербуря в записаната история-която се е състояла през 1859 г. преди появата на електрическите мрежи и спътниците около Земята, които са толкова податливи на тези събития. НаправетеВиепритеснявате ли се за голяма слънчева светлина?

Кусано:Правя го. Притеснявам се за екстремно събитие. Искаме да защитим обществото си от космическо-метеорологично бедствие. Нашата схема може да предвиди слънчев пристъп няколко часа преди началото на избухването, но не можем да предвидим слънчев изригване през следващата седмица.

Има много такива видове рискове, за които трябва да се тревожим в нашето общество. И може би науката е единственият начин да мислим за тях.

Джоунс:Благодаря ви, д -р Кусано.

Две полукълба, едното вляво с жълти петна и дъговидни пръски, едното вдясно много ясно.

Дейността на Слънцето се движи на приблизително 11-годишен цикъл, като се движи редовно от най-спокойния си период-слънчев минимум- към най -активната му -слънчев максимум- и обратно към тишината. Това разделено изображение показва разликата между активно слънце по време на слънчевия максимум (вляво, заснето през април 2014 г.) и тихо слънце по време на слънчевия минимум (вдясно, заснето през декември 2019 г.). Декември 2019 г. отбелязва началото наСлънчев цикъл 25, и активността на слънцето отново ще се увеличи до слънчевия максимум, предвиден за 2025 г. Изображение чрезНАСА/ Обсерватория на слънчевата динамика.

В крайна сметка: Екип от изследователи в Япония е разработил физически базиран метод за предсказване на големи слънчеви изригвания, включително мощни и потенциално опасни X-изблици. Тези изблици на слънцето - и произтичащите от тях изхвърляния на коронална маса - представляват риск за земните технологии. Точното прогнозиране на изблиците е предизвикателство, но изглежда, че този нов метод предлага скок напред в създаването на по -точни прогнози за космическото време.

Източник: Физически базиран метод, който може да предскаже предстоящи големи слънчеви изригвания

Прочетете повече: Слънчевите данни на НАСА помагат на новия модел да предскаже големи слънчеви изригвания

Прочетете повече: Вече можем да предвидим опасни слънчеви изблици ден преди те да се случат

Прочетете повече: Колко вероятно е друго събитие в Карингтън?