Ученые использовали рентгеновские лучи для исследования происходящего с магнитным полем Земли далеко в космосе. Они пришли к выводу, что его разорванные силовые линии там быстро пересоединяются.
Процессы пересоединения в магнитосфере Земли
Магнитосфера Земли действует как защитный щит, отклоняющий солнечный ветер — поток заряженных частиц, постоянно поступающих от Солнца к нашей планете. Этот магнитный барьер защищает атмосферу и технологии, от которых мы все больше зависим в околоземном пространстве, в частности спутники связи.
Однако магнитосфера не является непроницаемой, поскольку фундаментальный процесс, называемый «магнитным пересоединением», может временно снимать этот барьер во время интенсивного солнечного ветра и вызвать сильные колебания энергии в околоземном пространстве. По мере увеличения человеческой деятельности в этом регионе понимание и прогнозирование такой космической погоды становится критически важным.
Ключ к пониманию этих нарушений заключается в измерении так называемой скорости пересоединения, которая количественно оценивает энергоэффективность процессов магнитного пересоединения. На протяжении десятилетий ученые пытались измерить эту скорость с помощью различных методов, включая космические аппараты, пролетающие через зоны пересоединения, и наблюдение за солнечными вспышками с помощью дистанционного изображения.
Однако эти традиционные подходы дают только локальные снимки процесса магнитного пересоединения или ограничиваются конкретными, зачастую нестабильными условиями. Получение всесторонней и последовательной картины, которая восполнила пробел между локальными и глобальными коэффициентами пересоединения, остается сложной задачей.
Новый подход в исследованиях магнитного поля Земли
На этом фоне исследовательская группа под руководством доцента Йосуке Мацумото из Института передовых академических исследований Университета Чиба (Япония) проверяет инновационный подход с использованием мягкого рентгеновского изображения для измерения скорости пересоединения.
Мягкое рентгеновское излучение возникает в результате обмена зарядами между тяжелыми ионами солнечного ветра и нейтральными атомами водорода земного происхождения. В этом исследовании ученые предлагают использовать это естественное излучение, возникающее при взаимодействии частиц солнечного ветра с границами магнитосферы, для дистанционного измерения скорости пересоединения магнитных силовых линий в значительно более широких регионах, чем это было возможно ранее.
Команда провела передовые компьютерные симуляции на суперкомпьютере Fugaku, объединив высокоразрешающие глобальные магнитогидродинамические модели магнитосферы Земли с моделью образования мягкого рентгеновского излучения. На основе этих расчетов исследователи проанализировали, как рентгеновское излучение, связанное с процессом магнитного пересоединения, может наблюдаться со спутника, расположенного на расстоянии Луны, в условиях интенсивного солнечного ветра. Такая точка наблюдения примерно соответствует запланированному расположению будущего спутника для рентгеновской визуализации, например, GEO-X, запуск которого ожидается в ближайшем будущем.
Измерение скорости магнитного пересоединения
Проанализировав результаты моделирования, ученые обнаружили, что яркие рентгеновские излучения образуют четкие угловые узоры, непосредственно отражающие структуру магнитного поля вокруг зон пересоединения. Измерив угол открытия этих ярких участков, они сочли, что глобальная скорость пересоединения составляет 0,13, что почти совпадает с теоретическими прогнозами и предварительными лабораторными измерениями.
Следовательно, результаты показывают, что геометрия ярких рентгеновских объектов коррелирует со скоростью пересоединения, предлагая новый метод оценки этого параметра.
Важность нового метода измерения
Благодаря новому способу измерения и понимания магнитного пересоединения это исследование непосредственно способствует улучшению прогнозирования космической погоды. Возможность предсказать, как солнечная активность влияет на околоземное пространство, жизненно важна для защиты космонавтов и обеспечения надежности систем связи и космических миссий, особенно в условиях потенциально разрушительных событий, таких как магнитные бури.
В то время, когда человечество готовится к эре космических исследований и коммерческой космической деятельности, этот новый метод может проложить путь к точным прогнозам космической погоды, способствуя обеспечению безопасности и успеха наших предприятий за пределами атмосферы Земли.
По материалам phys.org
