Zrozumienie i przewidywanie wybuchów wysokoenergetycznych cząstek ze Słońca jest niezbędne do ochrony astronautów, satelitów i technologii na Ziemi i w kosmosie (? Czy chcesz się skupić na Ziemi lub czy przestrzeń kosmiczna jest w porządku (np. podróż na Marsa)). Zdarzenia te, zwane zdarzeniami związanymi z cząsteczkami energii słonecznej, to potężne wybuchy naładowanych cząstek o wysokiej energii ze Słońca, które mogą zakłócać systemy komunikacyjne, uszkadzać cenne aktywa i stwarzać zagrożenie dla zdrowia w przestrzeni kosmicznej. Zespół naukowców z Uniwersytetu Michigan, NASA Goddard Space Fligth Center i NASA Space Radiationa Analysis Group stworzył nowy model komputerowy nazwany wiatrem słonecznym z liniami pola i cząsteczkami energetycznymi (SOFIE), aby ulepszyć przewidywanie tych szkodliwych zdarzeń. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Space Weather.
Model SOFIE pomaga prognozować zdarzenia związane z pogodą kosmiczną, symulując przyspieszanie cząstek o wysokiej energii, co oznacza, w jaki sposób zyskują prędkość i energię oraz w jaki sposób podróżują w przestrzeni. Łącząc działające w czasie rzeczywistym warunki wiatru słonecznego, stały przepływ naładowanych cząstek ze Słońca ze szczegółowymi symulacjami komputerowymi potężnych erupcji słonecznych zwanych koronalnymi wyrzutami masy, które są ogromnymi wybuchami plazmy i pól magnetycznych z zewnętrznej warstwy Słońca, model oferuje dokładniejszy sposób przewidywania zagrożeń związanych z promieniowaniem kosmicznym. „Wykorzystując podstawowe prawa fizyki do symulacji tych zdarzeń, możemy z większą dokładnością przewidzieć intensywność cząstek energetycznych Słońca” – wyjaśnił dr Zhao.
Naukowcy przetestowali SOFIE na podstawie przeszłych zdarzeń związanych z cząsteczkami energetycznymi ze Słońca, aby sprawdzić, jak dobrze może przewidzieć ich zachowanie. Wyniki pokazały, że model ściśle odpowiadał rzeczywistym obserwacjom, co stanowi znaczną poprawę w stosunku do poprzednich metod. Ponadto model SOFIE jest jedynym modelem predykcyjnym, który w pełni integruje wszystkie krytyczne elementy dynamiki cząstek energii słonecznej, w tym przyspieszenie i transport z dolnej korony słonecznej do przestrzeni międzyplanetarnej, zachowując jednocześnie zdolność dostarczania prognoz szybciej niż w czasie rzeczywistym.
Jedną z kluczowych zalet projektu SOFIE jest jego zdolność do śledzenia interakcji koronalnych wyrzutów masy z wiatrem słonecznym i przyspieszania cząstek energetycznych. Model przebiega krok po kroku, najpierw symulując warunki wiatru słonecznego w tle, następnie dodając linę strumienia magnetycznego, czyli skręconą strukturę pól magnetycznych, aby zainicjować koronalny wyrzut masy, a na koniec przewidywano, w jaki sposób cząstki o wysokiej energii poruszają się w przestrzeni. Takie podejście daje naukowcom jaśniejszy obraz przebiegu erupcji słonecznych i ich wpływu na Ziemię. „Pokazaliśmy, że nasz model może dokładnie uchwycić kluczowe procesy stojące za zdarzeniami związanymi z cząsteczkami wytwarzającymi energię słoneczną” – powiedział dr Zhao.
Badanie sugeruje, że SOFIE może być cennym narzędziem do prognozowania pogody kosmicznej, umożliwiając astronautom, operatorom satelitów i agencjom kosmicznym wcześniejsze ostrzeganie o potencjalnych zagrożeniach. Udoskonalając przewidywania, model pomaga chronić zdrowie astronautów przed promieniowaniem, a sieci komunikacyjne i systemy nawigacyjne przed zakłóceniami powodowanymi przez burze słoneczne. Zespół badawczy planuje dalsze udoskonalanie SOFIE poprzez dodanie większej liczby danych w czasie rzeczywistym i wydłużenie okna czasowego przewidywań, aby lepiej wspierać przyszłe misje kosmiczne.
Odniesienie do czasopisma
Zhao, L., Sokolov, I., Gombosi, T., Lario, D., Whitman, K., Huang, Z. i in. „Model wiatru słonecznego z liniami pola i cząstkami energetycznymi (SOFIE): zastosowanie do historycznych zdarzeń związanych z cząsteczkami energetycznymi słońca”. Pogoda kosmiczna, 2024. DOI: https://doi.org/10.1029/2023SW003729
