Решение солнечной головоломки, чтобы спасти Землю от опасных отключений на всей планете

Ученые из Сиднейского университета и США раскрыли давнюю загадку Солнца, которая может помочь астрономам предсказывать космическую погоду и помочь нам подготовиться к потенциально разрушительным геомагнитным бурям, если они поразят Землю.

Внутреннее магнитное поле Солнца напрямую отвечает за космическую погоду — потоки высокоэнергетических частиц от Солнца, которые могут быть вызваны солнечными вспышками, солнечными пятнами или корональными выбросами массы, вызывающими геомагнитные бури. Однако неясно, как это происходит, и невозможно предсказать, когда эти события произойдут.

Новое исследование, проведенное доктором Джеффри Василом из Школы математики и статистики Сиднейского университета, может предоставить прочную теоретическую основу, которая поможет улучшить наше понимание внутреннего магнитного динамо Солнца, которое помогает управлять погодой в околоземном космосе.

Солнце состоит из нескольких отдельных регионов. Зона конвекции является одной из самых важных — это океан сверхгорячей катящейся турбулентной жидкой плазмы глубиной 200000 километров, занимающий внешние 30 процентов диаметра звезды.

Существующая солнечная теория предполагает, что самые большие водовороты и водовороты охватывают зону конвекции, представляемую гигантскими круговыми конвекционными ячейками, как это изображено здесь НАСА (и опубликовано ниже).

Однако эти клетки так и не были обнаружены, давняя проблема известна как «Конвективная головоломка».

Доктор Василь сказал, что для этого есть причина. Вместо круглых ячеек поток разбивается на высокие вращающиеся сигарные колонны диаметром всего 30 000 километров. По его словам, это вызвано гораздо более сильным влиянием вращения Солнца, чем считалось ранее.

«Вы можете удерживать тонкий карандаш на острие, если вращаете его достаточно быстро», — сказал доктор Василь, эксперт по гидродинамике. «Тощие клетки солнечной жидкости, вращающиеся в зоне конвекции, могут вести себя аналогичным образом».

«Мы не очень много знаем о внутренней части Солнца, но это очень важно, если мы хотим понять солнечную погоду, которая может напрямую влиять на Землю», — сказал доктор Василь.

«Известно, что сильное вращение полностью меняет свойства магнитных динамо, одним из которых является Солнце».

Диаграмма, показывающая внутреннюю структуру Солнца, основанная на существующей теории, которая предполагает круговые конвекционные ячейки около солнечной поверхности. Новая модель доктора Васила предлагает более тонкие, вращающиеся «сигарные» конвекционные ячейки, приводящие в движение магнитное динамо Солнца. Изображение: НАСА

Доктор Васил и его сотрудники, профессор Кейт Жюльен из Университета Колорадо и доктор Николас Фитерстоун из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, говорят, что это предсказанное быстрое вращение внутри Солнца подавляет то, что в противном случае было бы более крупномасштабными потоками, создавая более разнообразную динамику для внешнего мира. треть солнечной глубины.

«Правильно учитывая вращение, наша новая модель Солнца соответствует наблюдаемым данным и может значительно улучшить наше понимание электромагнитного поведения Солнца», — сказал доктор Василь, ведущий автор исследования.

В самых крайних случаях солнечные геомагнитные бури могут обрушить на Землю импульсы излучения, способные испортить нашу сложную глобальную электронику и инфраструктуру связи.

В 1859 году на Землю обрушилась огромная геомагнитная буря этого типа, известная как событие Кэррингтона, но это было до того, как мы стали полагаться на электронику во всем мире. Пострадала молодая телеграфная система из Мельбурна в Нью-Йорк.

«Подобное событие сегодня может разрушить глобальную инфраструктуру на триллионы долларов, и на ее ремонт уйдут месяцы, если не годы», — сказал д-р Василь.

Мелкомасштабное событие 1989 года вызвало массовые отключения электроэнергии в Канаде, что, как некоторые первоначально думали, могло быть ядерной атакой.

В 2012 году солнечная буря, по масштабам аналогичная событие Кэррингтона пролетел мимо Земли, не столкнувшись с ней, пропустив нашу орбиту вокруг Солнца всего на девять дней.

«Следующий максимум солнечной активности приходится на середину этого десятилетия, но мы все еще недостаточно знаем о Солнце, чтобы предсказать, вызовут ли эти циклические события опасный шторм», — сказал доктор Василь.

«Хотя солнечная буря, поразившая Землю, очень маловероятна, как землетрясение, она в конечном итоге произойдет, и мы должны быть готовы».

Солнечным бурям, возникающим изнутри Солнца, может потребоваться от нескольких часов до дней, чтобы достичь Земли. Доктор Василь сказал, что лучшее знание внутреннего динамизма нашей домашней звезды может помочь планировщикам избежать катастрофы, если у них будет достаточно предупреждений, чтобы выключить оборудование, прежде чем вместо этого взорвется взрыв энергичных частиц.

«Мы не можем объяснить, как образуются пятна. Мы также не можем определить, какие группы солнечных пятен наиболее подвержены сильному разрушению. Директивным органам необходимо знать, как часто может потребоваться аварийное отключение на несколько дней, чтобы избежать серьезной катастрофы », — сказал он.

Теоретическая модель доктора Васила и его коллег теперь должна быть протестирована путем наблюдений, чтобы улучшить моделирование внутренних процессов Солнца. Для этого ученые будут использовать технику, известную как гелиосейсмология, чтобы прислушаться к бьющемуся сердцу звезды.

«Мы надеемся, что наши открытия вдохновят на дальнейшие наблюдения и исследования движущих сил Солнца», — сказал он.

Это может быть связано с беспрецедентным запуском наблюдательных спутников на полярных орбитах за пределами эллиптической плоскости Солнечной системы.