Науковці використали рентгенівські промені для дослідження того, що відбувається з магнітним полем Землі далеко у космосі. Вони дійшли висновку, що ті його силові лінії, що були розірвані, там швидко перез’єднуються.
Процеси перез’єднання в магнітосфері Землі
Магнітосфера Землі діє як захисний щит, що відхиляє сонячний вітер — потік заряджених частинок, які постійно надходять від Сонця до нашої планети. Цей магнітний бар’єр захищає атмосферу та технології, від яких ми дедалі більше залежимо в навколоземному просторі, зокрема супутники зв’язку.
Однак магнітосфера не є непроникною, оскільки фундаментальний процес, який називається «магнітне перез’єднання», може тимчасово знімати цей бар’єр під час інтенсивного сонячного вітру і викликати сильні коливання енергії в навколоземному просторі. У міру збільшення людської діяльності в цьому регіоні розуміння і прогнозування такої космічної погоди стає критично важливим.
Ключ до розуміння цих порушень полягає у вимірюванні так званої «швидкості перез’єднання», яка кількісно оцінює енергоефективність процесів магнітного перез’єднання. Протягом десятиліть науковці намагалися виміряти цю швидкість за допомогою різних методів, включаючи космічні апарати, що пролітають безпосередньо через зони перез’єднання, та спостереження за сонячними спалахами за допомогою дистанційного зображення.
Однак ці традиційні підходи дають лише локальні знімки процесу магнітного перез’єднання або обмежуються конкретними, часто нестабільними умовами. Отримання всебічної та послідовної картини, яка б заповнила прогалину між локальними та глобальними коефіцієнтами перез’єднання, залишається складним завданням.
Новий підхід у дослідженнях магнітного поля Землі
На цьому тлі дослідницька група під керівництвом доцента Йосуке Мацумото з Інституту передових академічних досліджень Університету Чіба (Японія) тестує інноваційний підхід із використанням м’якого рентгенівського зображення для вимірювання швидкості перез’єднання.
М’яке рентгенівське випромінювання виникає внаслідок обміну зарядами між важкими іонами сонячного вітру та нейтральними атомами водню земного походження. У цьому дослідженні науковці пропонують використовувати це природне випромінювання, яке виникає під час взаємодії частинок сонячного вітру з межами магнітосфери, для дистанційного вимірювання швидкості перез’єднання магнітних силових ліній у значно ширших регіонах, ніж це було можливо раніше.
Команда провела передові комп’ютерні симуляції на суперкомп’ютері Fugaku, поєднавши високороздільні глобальні магнітогідродинамічні моделі магнітосфери Землі з моделлю утворення м’якого рентгенівського випромінювання. На основі цих розрахунків дослідники проаналізували, як рентгенівське випромінювання, пов’язане з процесом магнітного перез’єднання, може спостерігатися з супутника, розташованого на відстані Місяця, за умов інтенсивного сонячного вітру. Така точка спостереження приблизно відповідає запланованому розташуванню майбутнього супутника для рентгенівської візуалізації, наприклад, GEO-X, запуск якого очікується в найближчому майбутньому.
Вимірювання швидкості магнітного перез’єднання
Проаналізувавши результати моделювання, вчені виявили, що найяскравіші рентгенівські випромінювання утворюють чіткі кутоподібні візерунки, які безпосередньо відображають структуру магнітного поля навколо зон перез’єднання. Вимірявши кут відкриття цих яскравих ділянок, вони розрахували, що глобальна швидкість перез’єднання становить 0,13, що майже збігається з теоретичними прогнозами та попередніми лабораторними вимірами.
Отже, результати показують, що геометрія яскравих рентгенівських об’єктів корелює зі швидкістю перез’єднання, пропонуючи новий метод оцінки цього важливого параметра.
Важливість нового методу вимірювання
Завдяки новому способу вимірювання та розуміння магнітного перез’єднання, це дослідження безпосередньо сприяє поліпшенню прогнозування космічної погоди. Можливість передбачити, як сонячна активність впливає на навколоземний простір, є життєво важливою для захисту космонавтів та забезпечення надійності систем зв’язку та космічних місій, особливо в умовах потенційно руйнівних подій, таких як магнітні бурі.
У той час, коли людство готується до ери космічних досліджень і комерційної космічної діяльності, цей новопропонований метод може прокласти шлях до точних прогнозів космічної погоди, сприяючи забезпеченню безпеки та успіху наших підприємств за межами атмосфери Землі.
Джерело:
