Астрономы получили новые подробности о процессах, происходящих на обратной стороне Солнца — области, которая остается невидимой для большинства солнечных обсерваторий Земли. Исследователи использовали методы гелиосейсмологии, позволяющие изучать внутреннюю структуру Солнца по колебаниям и волнам, распространяющимся внутри звезды. Новые данные помогли обнаружить дополнительные детали активности на дальней стороне Солнца и лучше понять механизмы формирования солнечных пятен и магнитных областей.
Работа основана на наблюдениях проекта GONG — Global Oscillation Network Group. Это международная сеть солнечных телескопов, созданная для непрерывного мониторинга колебаний Солнца. Благодаря распределению обсерваторий по всей Земле система может почти круглосуточно следить за солнечной активностью.
Полученные результаты важны не только для фундаментальной астрофизики. Они напрямую связаны с прогнозированием космической погоды, солнечных вспышек и геомагнитных бурь, способных влиять на спутники, связь и энергосистемы Земли.
Почему обратная сторона Солнца так важна
С Земли невозможно напрямую наблюдать всю поверхность Солнца одновременно.
Поскольку Солнце вращается примерно за 27 дней, его дальняя сторона большую часть времени скрыта от прямого обзора земных телескопов. (spaceweatherlive.com)
Однако именно там могут формироваться:
- крупные солнечные пятна;
- активные магнитные области;
- источники будущих вспышек;
- области выбросов корональной массы.
Когда такие регионы поворачиваются к Земле, они иногда уже находятся в крайне нестабильном состоянии и способны вызвать мощные солнечные события.
Поэтому раннее обнаружение активности на дальней стороне Солнца имеет большое значение для прогнозирования космической погоды.
Что такое GONG
Проект GONG был создан Национальной солнечной обсерваторией США в 1990-х годах.
Система включает шесть обсерваторий, расположенных в разных частях мира:
- США;
- Австралия;
- Индия;
- Чили;
- Канарские острова;
- Гавайи.
Такое распределение позволяет вести почти непрерывное наблюдение за Солнцем.
Главная задача сети — изучение солнечных колебаний.
Солнце не является статичным шаром плазмы. Его поверхность постоянно вибрирует и колеблется под действием внутренних процессов.
Эти волны позволяют ученым исследовать структуру звезды примерно так же, как сейсмологи изучают внутреннее строение Земли по землетрясениям.
Что такое гелиосейсмология
Метод исследования называется гелиосейсмологией.
Он основан на анализе акустических волн, распространяющихся внутри Солнца.
Внутри звезды постоянно возникают волны давления. Они:
- распространяются через солнечную плазму;
- отражаются от внутренних слоев;
- возвращаются к поверхности;
- создают сложные колебательные паттерны.
Изменения в магнитных полях и плотности вещества влияют на распространение этих волн.
Изучая отклонения колебаний, ученые могут определять:
- структуру внутренних слоев;
- скорость вращения Солнца;
- движение плазмы;
- расположение активных областей на дальней стороне звезды.
Фактически Солнце «звенит», а астрономы анализируют этот гигантский космический резонанс.
Как ученые видят дальнюю сторону Солнца
Новая работа использует улучшенные методы анализа солнечных волн.
Когда акустические волны проходят через активную область с сильным магнитным полем, их скорость и направление меняются.
Анализируя эти искажения, исследователи могут строить карты активности даже для невидимой стороны Солнца.
Это похоже на медицинскую томографию, где внутренние структуры организма определяются по прохождению волн через ткани.
Только в данном случае объектом исследования является гигантская звезда диаметром почти 1,4 миллиона километров.
Новые данные улучшили детализацию солнечных карт
Авторы исследования сообщили, что обновленные методы позволили получить более четкие изображения активности на дальней стороне Солнца.
Особенно важным стало повышение чувствительности к:
- небольшим магнитным областям;
- ранним стадиям формирования пятен;
- слабым колебательным сигналам;
- структурам, ранее скрытым в шуме данных.
Это дает возможность заранее отслеживать развитие потенциально опасных активных регионов.
Почему солнечные пятна настолько важны
Солнечные пятна — это области с чрезвычайно сильным магнитным полем.
Они выглядят темнее окружающей поверхности, поскольку их температура ниже средней температуры фотосферы.
Именно вокруг солнечных пятен часто происходят:
- солнечные вспышки;
- выбросы корональной массы;
- ускорение заряженных частиц.
Чем крупнее и сложнее магнитная структура пятна, тем выше вероятность мощных вспышек.
Поэтому мониторинг пятен является ключевым элементом космического прогноза.
Солнце сейчас находится в периоде высокой активности
Полученные результаты особенно важны потому, что Солнце сейчас приближается к максимуму своего 25-го солнечного цикла.
Солнечный цикл длится примерно 11 лет и сопровождается изменением количества пятен и вспышек.
В периоды максимума:
- возрастает число солнечных пятен;
- увеличивается количество вспышек;
- чаще происходят геомагнитные бури;
- усиливается поток заряженных частиц.
Последние годы уже показали резкий рост солнечной активности.
Астрономы фиксировали:
- мощные вспышки класса X;
- крупные выбросы корональной массы;
- сильные полярные сияния;
- радиопомехи на Земле.
Космическая погода влияет на Землю сильнее, чем многие думают
Солнечная активность напрямую влияет на современную технологическую цивилизацию.
Мощные солнечные события способны вызывать:
- сбои спутников;
- проблемы GPS;
- радиопомехи;
- нарушения связи;
- повреждения энергосетей;
- увеличение сопротивления атмосферы для спутников на низкой орбите.
В экстремальных случаях последствия могут быть очень серьезными.
Самым известным примером остается событие Каррингтона 1859 года — крупнейшая зарегистрированная геомагнитная буря в истории. (britannica.com)
Тогда телеграфные системы по всему миру выходили из строя, а полярные сияния наблюдались даже в тропиках.
Если аналогичное событие произойдет сегодня, последствия для спутниковой и энергетической инфраструктуры будут значительно масштабнее.
Почему дальняя сторона Солнца особенно опасна
Проблема заключается в том, что активная область может сформироваться на скрытой стороне Солнца и через несколько дней внезапно появиться напротив Земли.
Без предварительных наблюдений ученые получают очень мало времени на прогнозирование.
Новые методы гелиосейсмологии позволяют:
- заранее обнаруживать активные регионы;
- оценивать их размеры;
- отслеживать эволюцию магнитных структур;
- прогнозировать вероятность вспышек.
Это особенно важно для операторов спутников, космических агентств и энергетических компаний.
Солнце оказалось гораздо сложнее, чем считалось раньше
Несмотря на многолетние исследования, многие процессы внутри Солнца остаются плохо понятными.
Ученые до сих пор пытаются объяснить:
- происхождение солнечного магнитного цикла;
- механизм солнечного динамо;
- формирование короны;
- природу нагрева внешней атмосферы Солнца;
- причины мощных вспышек.
Современные модели все еще не могут полностью предсказывать солнечную активность.
Именно поэтому новые методы наблюдений считаются критически важными.
В изучении Солнца участвуют сразу несколько космических миссий
Сегодня Солнце изучают многочисленные аппараты:
- Solar Dynamics Observatory;
- Parker Solar Probe;
- Solar Orbiter;
- сеть GONG;
- обсерватории NOAA и ESA.
Каждая миссия исследует разные аспекты солнечной физики:
- магнитные поля;
- солнечный ветер;
- структуру короны;
- потоки плазмы;
- внутренние процессы звезды.
Объединение данных постепенно позволяет создавать все более точную модель поведения Солнца.
Parker Solar Probe уже приближается к самой поверхности Солнца
Особую роль играет миссия Parker Solar Probe NASA.
Аппарат совершает рекордно близкие пролеты рядом с Солнцем и изучает корону непосредственно изнутри.
Миссия уже помогла:
- уточнить структуру солнечного ветра;
- обнаружить сложные магнитные переключения;
- исследовать ускорение частиц;
- изучить процессы нагрева короны.
В сочетании с гелиосейсмологией это дает ученым принципиально новый уровень понимания солнечной физики.
Ученые постепенно создают «томографию» Солнца
Современная солнечная физика все больше напоминает медицинскую диагностику.
Исследователи фактически строят трехмерную модель процессов внутри звезды:
- отслеживают движение плазмы;
- анализируют распространение волн;
- картируют магнитные поля;
- наблюдают скрытые области Солнца.
Новые методы обработки данных GONG значительно усилили возможности такой «солнечной томографии».
В будущем прогнозы солнечной активности станут точнее
Авторы исследования считают, что дальнейшее развитие гелиосейсмологии позволит заранее прогнозировать опасные солнечные события намного эффективнее.
Особенно важным станет:
- повышение разрешения карт;
- использование искусственного интеллекта;
- объединение данных нескольких миссий;
- непрерывное наблюдение за всей поверхностью Солнца.
Это может существенно повысить устойчивость спутниковой инфраструктуры и систем связи к солнечным бурям.
С каждым годом становится все очевиднее, что изучение скрытой стороны Солнца — не только фундаментальная наука, но и важнейшая задача для технологической цивилизации Земли.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
