Современное общество зависит от множества технологий, которые подвержены экстремальным воздействиям космической погоды. На этом рисунке показаны некоторые технологии и инфраструктура, на которые влияют явления космической погоды. Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
Наше солнце, как и многие звезды, украшено короной. Она называется короной (от латинского «корона» или «венок») и состоит из длинных нитевидных нитей плазмы, вздымающихся с поверхности Солнца. Мощное магнитное поле Солнца определяет эти нити, заставляя их пульсировать и постоянно развивать свою структуру. Однако нити тусклые, поэтому единственный способ наблюдать корону невооруженным глазом — это полное солнечное затмение.
В ожидании солнечного затмения 8 апреля 2024 года ученые из Predictive Science используют данные Обсерватории солнечной динамики НАСА (SDO), чтобы предсказать, как может выглядеть корона нашего Солнца в этот день. Более того, их модель использует вычислительные усилия суперкомпьютера НАСА «Плеяды» для обновления своих прогнозов практически в реальном времени. Это означает, что модель постоянно обновляет свои прогнозы по мере приема данных, передаваемых из SDO, предоставляя информацию, максимально приближенную к реальному времени.
Солнечная корона — это внешняя атмосфера нашей звезды. Он «распространяется в межпланетное пространство как солнечный ветер», — сказал президент Predictive Science Джон Линкер. Под действием тепла и магнитной турбулентности Солнца этот ветер дует к краям Солнечной системы.
«Она окутывает планеты, — сказал Линкер, — включая Землю».
Поскольку Земля и другие планеты омываются корональными потоками, их атмосферы реагируют на энергичные частицы и магнитные поля, обнаруженные в солнечном ветре. Эта реакция, называемая космической погодой, может варьироваться от легкой до суровой, как и земная погода. Экстремальные космические погодные явления, такие как крупные солнечные извержения, называемые выбросами корональной массы, могут нарушить работу важных коммуникационных технологий, повлиять на астронавтов на орбите или даже нанести вред электрическим сетям, от которых мы все зависим.
Космическая погода является одним из наиболее ощутимых последствий динамичного внешнего вида Солнца, и ученые стремятся создавать точные прогнозы. По словам Линкера, уточнение этих моделей солнечной энергии помогает заложить основу для прогнозирования.
«Если вы собираетесь предсказать путь коронального выброса массы, как и в случае урагана, очень важно иметь более точный фон», — сказал он.
SDO и другие солнечные обсерватории предоставляют подробную информацию о короне, но ученым до сих пор не хватает важной информации о силах, управляющих ее активностью, которая необходима для точного прогнозирования появления короны. «У нас нет способа точно измерить магнитное поле в короне», — сказала Эмили Мейсон, научный сотрудник Predictive Science. «Это одна из причин, которая делает задачу такой сложной».
Чтобы построить свою модель, исследователи из Predictive Science используют измерения изменяющегося магнитного поля Солнца на солнечной поверхности, чтобы управлять своей моделью практически в реальном времени. Ключом к этому нововведению стало создание автоматизированного процесса, который преобразует необработанные данные из SDO, чтобы показать, как магнитный поток и энергия вводятся в корону с течением времени. Добавление этой динамики в модель позволяет короне развиваться с течением времени, что приводит к солнечным извержениям.
«Мы разработали программный конвейер, который учитывал карты магнитного поля, выбирал все области, которые должны быть заряжены, а затем точно настраивал количество энергии, добавляемой к этим областям», — сказал Мейсон. Создание этого автоматического конвейера стало огромным шагом вперед для команды. В прошлых прогнозах модель использовала статический снимок поверхностного магнитного поля, который не идеален для того, чтобы идти в ногу с постоянно меняющимся солнцем, особенно в нынешний период повышенной солнечной активности.
Аналогичным образом, в итерациях 2017 и 2021 годов Мейсон объяснил, что его товарищ по команде «буквально рисовал вручную, какие области на Солнце необходимо снабжать энергией», анализируя экстремальную ультрафиолетовую активность в определенных регионах. Постоянное обновление магнитного поля играет центральную роль во всех изменениях модели этого года, и команда возлагает большие надежды на результаты.
Повторяемость полных солнечных затмений дает возможность проверить точность моделей на реальных условиях и соответствующим образом обновить их. «Мы каждый раз использовали предсказания затмений, чтобы сделать что-то новое с моделью», — сказал Купер Даунс, научный сотрудник Predictive Science, который организовал конвейер автоматизированного моделирования. «Я очень рад видеть, как в течение следующих двух недель этот прогноз будет улучшаться. Я думаю, что это будет действительно радикальное отличие от того, что мы могли делать раньше».
Мейсон разделяет его энтузиазм.
«Затмение — это просто фантастический шанс сказать: «Посмотрите на это. Вот как мы думаем, что это будет выглядеть! Разве вы не хотите узнать об этом больше?» — сказала она с усмешкой. «Для нас это действительно замечательная возможность поделиться со всеми остальными вещами, которые волнуют нас круглый год».
