В солнечном ветре присутствуют относительно небольшие по диаметру жгуты плазмы, имеющие значительно меньший диаметр, чем обычные выбросы корональной массы. Несмотря на это, они могут вызвать своеобразное «космическое торнадо». Однако обнаружить его заранее могут только аппараты с солнечными парусами.
Опасность потоков-струн плазмы
Спирали солнечного ветра могут вызвать большие солнечные выбросы и нарушать магнитное поле Земли, однако их слишком трудно обнаружить с помощью нашей текущей системы предупреждения с одним местом наблюдения, согласно новому исследованию Мичиганского университета.
Но созвездие космических аппаратов, включая движущийся на солнечном свете, может помочь своевременно выявить торнадоподобные явления, чтобы защитить оборудование на Земле и на орбите. Результаты исследования получены с помощью компьютерных симуляций вырывающегося из Солнца массивного плазменного облака, движущегося Солнечной системой.
Поскольку симуляция охватывает явления, простирающиеся на расстоянии от трех диаметров Земли до нескольких тысяч миль, исследователи смогли выяснить, как меньшие торнадоподобные спирали плазмы и магнитного поля — так называемые потоки-струны — могут самостоятельно превращаться в потенциально опасные явления.
Ученые утверждают, что магнитные поля в этих вихрях могут быть достаточно сильными, чтобы повлечь за собой геомагнитную бурю и создать определенные реальные проблемы на Земле.
Торнадоподобные вихри
Геомагнитные бури вызываются магнитными полями в солнечном ветре — пузырьке плазмы, который движется от Солнца и охватывает солнечную систему. Подобно ветру на Земле, солнечный ветер дует в разных шаблонах, составляющих космическую погоду. Взрывы на Солнце создают экстремальную космическую погоду — плотные, быстро движущиеся облака плазмы, называемые коронарными выбросами масс, растянуты в среднем на 34 млн миль. Но ученые заметили относительно небольшие магнитные канаты в солнечном ветре, шириной от 3000 до 6 млн миль. Эти образования слишком малы для обычных симуляций коронарных выбросов масс, которые могли бы воспроизводить только объекты шире 7 млн миль, но они также слишком велики для симуляций, часто используемых для исследования магнитных полей и частиц плазмы в солнечном ветре. Новая симуляция позволяет исследователям видеть эти образования среднего размера вместе с большими коронарными выбросами масс.
Моделирование Мичиганского университета показало, что струны магнитного потока, подобные торнадо, образуются из корональных выбросов массы, когда они движутся через более медленный солнечный ветер, отбрасывая вращающиеся массы плазмы, как снегоуборочная машина отбрасывает снег.
Некоторые торнадо рассеиваются, но более стойкие вихри могут образовываться при столкновениях с соседними потоками быстрого и медленного солнечного ветра. Телескопы, направленные на Солнце, ищут выбросы, чтобы предупредить о нежелательных погодных условиях в космосе, но для струн магнитного потока, по словам исследователей, этого недостаточно.
Ученые заявляют, что выявление изменения в струнах магнитных потоков является вопросом национальной безопасности, поскольку они могут качественно изменить космическую погоду, что, в свою очередь, очень важно для планировщиков электросетей, диспетчеров авиалиний и фермеров.
Необходимость созвездия зондов
Солнечный ветер может приводить к геомагнитным бурям только тогда, когда его магнитное поле имеет сильную южную ориентацию. Космические аппараты, расположенные между Землей и Солнцем, уже помогают ученым предупреждать о космической погоде, измеряя скорость солнечного ветра, а также силу и направление его магнитного поля. Но солнечная вспышка, направленная в другую сторону от Земли или с магнитными полями, указывающими на север, все равно может бросить воронки с магнитными полями, направленными на юг, в сторону Земли. Эти торнадо останутся незамеченными, если они пропустят зонды, расположенные в точке L1.
Исследователи надеются предоставить многозондовый взгляд на солнечные торнадо с помощью группы космических аппаратов под названием Space Weather Investigation Frontier, или SWIFT, разработанной в рамках концептуального исследования миссии NASA под руководством одного из авторов исследования — Ахаван-Тафти.
В нынешнем предложении четыре зонда будут располагаться в форме треугольной пирамиды, примерно в 200 000 милях друг от друга. Три идентичных зонда будут занимать каждый угол основания пирамиды, расположенной в плоскости вблизи L1. Окончательный «главный космический аппарат», расположенный по L1, служит вершиной пирамиды, направленной к Солнцу. Такая конфигурация позволит SWIFT наблюдать, как меняется солнечный ветер на пути к Земле, а его главный аппарат, расположенный ближе к Солнцу, сможет предупреждать о космической погоде на 40 % быстрее.
Расположение апекса обычно требовало бы невыполнимого количества топлива, чтобы противостоять гравитации Солнца, но инженеры NASA в рамках своей миссии Solar Cruiser разработали алюминиевый парус, который мог бы позволить зонду расположиться по L1. Парус покрывал бы примерно треть футбольного поля, что позволяло бы улавливать достаточное количество фотонов для удержания положения космического аппарата без расхода топлива.
По материалам phys.org
