Рекордные 17 космических аппаратов проследили за «неправильным» выбросом на Солнце

Капризный корональный выброс массы, который вытолкнул скрытое облако заряженных частиц в сторону Земли, был отслежен рекордным числом космических аппаратов — 17, разбросанных по всей Солнечной системе. Это показало, что выброс оказался неожиданно асимметричным.

Корональные выбросы массы — это «отрыжки» Солнца: огромные облака намагниченной плазмы, которые выбрасываются из горячей внешней атмосферы звезды, короны, за счёт энергии солнечной вспышки. Намагниченное облако расширяется в Солнечную систему, и заряженные частицы, которые оно содержит, представляют серьёзную радиационную опасность для астронавтов, космических аппаратов и даже пассажиров реактивных лайнеров. Но у них есть и красивая сторона: достигая Земли, они могут вызывать полярные сияния.

Корональные выбросы происходят регулярно, но тот, что извергся с Солнца 15 декабря 2024 года в 00:48 по всемирному времени, оказался особенным.

«Мы использовали наблюдения 17 космических аппаратов, чтобы отследить и охарактеризовать этот выброс», — рассказала Space.com Адриенн Луспай-Кути из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, возглавившая исследование. «Это рекордное число аппаратов для отслеживания и описания одного коронального выброса массы, и оно дало нам исключительно детальную картину его эволюции».

Предыдущий рекорд составлял 10 аппаратов, но они в основном находились на грубой линии от Солнца через Землю и дальше. Это означало, что измерения были почти одномерными. В этот раз, для декабрьского выброса 2024 года, аппараты были разбросаны гораздо шире — не только на разных расстояниях от Солнца, но и заметно в стороне от линии Земля — Солнце.

Они показали, что выброс имел два асимметричных лепестка, один из которых двигался быстрее другого. Один из них, направлявшийся к Земле и Марсу, остался бы незамеченным, скрытый более крупным, но более медленным лепестком, ушедшим от Солнца по касательной, если бы не широкое распределение космических аппаратов.

«Наши наблюдения показали быстрый лепесток, распространявшийся через сектор Земля — Марс, и гораздо более медленный лепесток дальше к западу, в сторону STEREO-A», — сказала Луспай-Кути. STEREO-A — одна половина системы мониторинга космической погоды NASA из двух аппаратов, известной как Solar Terrestrial Relations Observatory.

Начало выброса зафиксировал совместный аппарат NASA и ESA Solar and Heliospheric Observer, который непрерывно наблюдает за Солнцем уже более 30 лет. Однако он увидел только медленный лепесток, извергнувшийся под углом к Земле. Быстрый лепесток, направлявшийся к нашей планете, был пропущен — его закрыл более медленный и крупный.

Схема выброса: два его лепестка движутся через Солнечную систему и встречаются с различными космическими аппаратами и спутниками.

Затем выброс был зафиксирован на расстоянии 0,35 астрономической единицы от Солнца 16 декабря, когда он проходил вблизи Меркурия и европейской миссии BepiColombo, которая в конечном итоге выйдет на орбиту вокруг ближайшей к Солнцу планеты в ноябре 2026 года.

Следующее обнаружение произошло 17 декабря, когда «скрытый» компонент достиг Земли, где его зарегистрировало множество аппаратов. Выброс не был достаточно сильным, чтобы вызвать значительные полярные сияния. Любопытно, что европейская миссия Solar Orbiter, находившаяся на вытянутой орбите вокруг Солнца на расстоянии 0,94 астрономической единицы и всего в 10 градусах от линии Земля — Солнце, выброс не зафиксировала. Это отсутствие сигнала оказалось очень важным: оно помогло уточнить форму облака.

Затем, 18 декабря, более медленный лепесток достиг аппарата NASA STEREO-A, который обращается вокруг Солнца на том же расстоянии, что и Земля, — 1 астрономическая единица, — но существенно опережает её по орбите. Лепесток, который пересёк Землю, имел среднюю скорость 840 километров в секунду, а другой двигался гораздо медленнее — в среднем 534 километра в секунду от Солнца мимо BepiColombo и STEREO-A. К моменту достижения STEREO-A он замедлился примерно до 400 километров в секунду. Оба лепестка тормозились из-за трения с обычным солнечным ветром, который выброс догонял. Диапазон измеренных скоростей показал исследователям, что солнечное извержение не двигалось единым фронтом.

За пределами Земли миссия NASA Europa Clipper, в которой Луспай-Кути является главным исследователем прибора Plasma Instrument for Magnetic Sounding, зафиксировала более быстрый лепесток на расстоянии 1,19 астрономической единицы, когда аппарат летел к Марсу для гравитационного манёвра. У Красной планеты выброс также зарегистрировала уже завершившая работу миссия MAVEN 19–20 декабря.

Возможность не только проследить за движением выброса с помощью такого количества аппаратов, но и измерить его форму как минимум в двух измерениях благодаря аппаратам вне линии Земля — Солнце — это значительный шаг вперёд в понимании и прогнозировании распространения корональных выбросов.

Выброс, каким его увидели Solar Dynamics Observatory, SOHO и STEREO-A. Быстрый лепесток, направленный к Земле, был скрыт более медленным лепестком, ушедшим к югу.

«Это важно для будущих пилотируемых исследований, потому что пропущенный выброс может означать потерю драгоценного времени для предупреждения, — пояснила Луспай-Кути. — Быстрые выбросы способны создавать ударные волны, которые ускоряют частицы высоких энергий. Такие частицы представляют радиационную угрозу для астронавтов за пределами защитного магнитного поля Земли. Поэтому наблюдения с разных точек, включая аппараты вдали от линии Солнце — Земля и планетные миссии, находящиеся в фазе перелёта, будут становиться всё более важными для прогноза космической погоды по мере того, как человеческие экспедиции будут уходить дальше от Земли».

Асимметричная двухлепестковая структура этого выброса стала настоящим сюрпризом. Причина асимметрии пока остаётся неясной, но, как рассказала Луспай-Кути Space.com, исследователи занимаются этим вопросом. Главный вопрос — насколько часто встречаются асимметричные выбросы?

«В контексте предыдущих наблюдений это событие находится на самом крайнем конце наблюдаемой изменчивости выбросов, — сказала Луспай-Кути. — Действительно ли сильно асимметричные выбросы довольно распространены, но мы их не распознаём из-за нехватки наблюдательного покрытия, или они по-настоящему редки?»

17 аппаратов, которые зафиксировали выброс на разных стадиях — головную ударную волну и турбулентную оболочку перед магнитным облаком, сам выброс и турбулентный след в солнечном ветре после его прохождения, — включали: SOHO, BepiColombo, Solar Dynamics Observatory NASA, STEREO-A, четыре аппарата миссии Magnetospheric Multiscale, два аппарата миссии ARTEMIS, Wind, ACE, GOES и DSCOVR, Europa Clipper, MAVEN и Solar Orbiter, который проводил измерения, но выброс не обнаружил.

В будущем к ним присоединится миссия Европейского космического агентства Vigil, которая будет следить за космической погодой после запуска в 2031 году в точку Лагранжа L5 системы Солнце — Земля, на 60 градусов позади Земли по орбите. Это обеспечит дополнительный мониторинг вне основной оси.

Источники:
Статья основана на интервью Space.com с Адриенн Луспай-Кути из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса и на результатах исследования коронального выброса массы 15 декабря 2024 года. Использованы данные наблюдений 17 космических аппаратов, включая SOHO, BepiColombo, Solar Dynamics Observatory, STEREO-A, Magnetospheric Multiscale, ARTEMIS, Wind, ACE, GOES, DSCOVR, Europa Clipper, MAVEN и Solar Orbiter.