Останні дослідження вчених із Мічиганського університету відкривають нові перспективи у вивченні загадкових явищ у космосі, зокрема так званих «сонячних торнадо» — плазмових спіралей, що утворюються в потоках сонячного вітру.
Про це пише видання phys.org.
Ці джгути магнітного поля та плазми мають значно менші розміри, ніж звичні коронарні викиди маси, проте можуть бути не менш небезпечними. Саме вони, за словами дослідників, здатні спричиняти геомагнітні бурі, порушувати роботу супутників, електромереж і навіть систем зв’язку на Землі.
Сонячний вітер — це потік заряджених частинок, який постійно виривається з поверхні Сонця та заповнює простір усієї Сонячної системи. Його структура надзвичайно складна: потоки мають різну швидкість, густину й напрямок магнітного поля. Іноді в цих потоках формуються спіралеподібні утворення — так звані потоки-струни плазми, що нагадують космічні смерчі. Хоча їхній діаметр може бути у тисячі разів менший за коронарні викиди мас, сила магнітних полів усередині таких структур достатня, щоб викликати справжні бурі у магнітосфері Землі.
Проблема полягає в тому, що наявні засоби спостереження не здатні вчасно виявити ці потоки. Більшість космічних апаратів фіксують лише великі події — масивні викиди плазми, які легко помітити за допомогою телескопів, спрямованих на Сонце. Менші структури залишаються поза увагою, адже вони надто дрібні для традиційних моделей і водночас надто великі, щоб їх можна було дослідити у звичних лабораторних умовах.
Саме для цього команда з Мічиганського університету створила нову комп’ютерну симуляцію, яка дозволяє відтворювати утворення середнього масштабу — від кількох тисяч до кількох мільйонів миль у поперечнику. Завдяки цьому вчені змогли побачити, як коронарні викиди маси, рухаючись через повільніший сонячний вітер, створюють торнадоподібні вихори. Ці вихори, або «струни магнітного потоку», можуть кидати обертові клуби плазми на великі відстані, подібно до того, як снігоприбиральна машина розкидає сніг убік.
Деякі з цих утворень швидко розсіюються, однак інші — особливо ті, що утворюються в місцях зіткнення швидких і повільних потоків — можуть бути напрочуд стабільними. Саме такі «сонячні торнадо» становлять найбільшу загрозу. Їхня поява може призводити до різких коливань магнітного поля Землі, порушення електропостачання та навіть до пошкодження космічних апаратів.
Фахівці наголошують, що своєчасне виявлення таких явищ має критичне значення не лише для науки, а й для національної безпеки. Геомагнітні бурі можуть впливати на навігаційні системи, роботу супутників, диспетчерські служби авіації, а також на сільське господарство, оскільки порушення зв’язку або енергопостачання здатні мати серйозні наслідки для економіки.
Однак головна складність у тому, що поточна система моніторингу, розташована в точці Лагранжа L1 між Сонцем і Землею, не здатна вловити всі ці зміни. Якщо сонячний спалах відбувається під іншим кутом або магнітні поля зорі орієнтовані на північ, апарати можуть пропустити потік плазми, який несе небезпечні південні магнітні поля. У такому разі Земля залишається без попередження про наближення бурі.
Для вирішення цієї проблеми вчені пропонують створити ціле сузір’я спеціальних зондів, які могли б спостерігати за Сонцем з різних точок. Проєкт дістав назву Space Weather Investigation Frontier (SWIFT). Його концепцію розробляють у межах ініціативи NASA під керівництвом Ахаван-Тафті — одного з авторів дослідження.
Згідно з проєктом, чотири космічні апарати розмістять у формі трикутної піраміди, де кожен зонд перебуватиме на відстані приблизно 200 тисяч миль один від одного. Три зонди розташують у площині поблизу точки L1, а четвертий — головний — розмістять трохи далі, ближче до Сонця. Така конфігурація дозволить спостерігати, як змінюється структура сонячного вітру на шляху до Землі, і водночас забезпечить швидше попередження про можливі магнітні бурі — майже на 40% раніше, ніж нині.
Розташування головного зонда за межами L1 зазвичай потребувало б величезних запасів палива, щоб утримувати його в стабільному положенні. Але інженери NASA запропонували інноваційне рішення — використання сонячних вітрил. У межах місії Solar Cruiser вони створили спеціальний алюмінієвий парус розміром приблизно з третину футбольного поля. Він зможе вловлювати достатню кількість фотонів від Сонця, щоб утримувати апарат у потрібній позиції без використання палива.
Поєднання нових технологій — симуляцій середнього масштабу, мережі спостережних супутників і сонячних вітрил — відкриває нову епоху у вивченні космічної погоди. Завдяки цим досягненням людство зможе краще передбачати небезпечні явища у сонячному вітрі та вчасно реагувати на загрози, що походять із глибин космосу.
Останні відкриття, технологічні прориви, дослідження та інновації, що змінюють світ. Дізнавайтеся про найважливіші досягнення в галузях фізики, біології, космосу й медицини – у розділі «Наука».