Science: Ученые создают глобальные карты коронального магнитного поля

Учёные впервые проводили практически ежедневные измерения глобального коронального магнитного поля Солнца. Результаты наблюдений помогут понять причины интенсивных солнечных бурь, влияющих на технологии на Земле.

Анализ данных, собранных за восемь месяцев прибором UCoMP, опубликован в журнале Science.

Магнитное поле Солнца — причина солнечных бурь, которые могут быть опасны для электросетей, систем связи и космических технологий. Однако до сих пор было сложно изучать магнитное поле в солнечной короне из-за сложности наблюдений.

Чтобы измерить магнетизм в этой области, требуется дорогостоящее оборудование. Но благодаря совместному использованию корональной сейсмологии и наблюдений UCoMP у исследователей теперь есть возможность получить полное представление о магнитном поле глобальной короны. Такое же представление можно получить во время солнечного затмения.

Зихао Янг, ведущий автор исследования, получил степень доктора философии в Пекинском университете (Китай). Сейчас он постдокторант в Национальном центре атмосферных исследований Национального научного фонда США (NSF NCAR). Он говорит, что глобальное картирование коронального магнитного поля было важным шагом в изучении Солнца. Это исследование помогает понять корональные магнитные поля, которые являются источником энергии для бурь, влияющих на Землю.

Международная группа исследователей из Нортумбрийского университета (Великобритания), NSF NCAR, Пекинского и Мичиганского университетов провела исследование. Его финансировали Национальный фонд естественных наук Китая и Национальная программа ключевых исследований и разработок Китая, а также стипендия Ньюкирка для аспирантов от NSF NCAR.

Прибор UCoMP разработан при поддержке Национального научного фонда США (NSF) и эксплуатируется в солнечной обсерватории Мауна-Лоа.

Модернизированный прибор

Учёные регулярно измеряют магнитное поле на поверхности Солнца (фотосфера), но долго не могли измерить более тусклое корональное магнитное поле. Это затрудняло понимание структуры и эволюции магнитного поля короны, где возникают солнечные бури.

Для измерения трёхмерных корональных магнитных полей нужны большие телескопы, такие как DKIST от NSF. Это крупнейший солнечный телескоп с апертурой 4 метра, который недавно продемонстрировал детальные наблюдения коронального магнитного поля.

Однако DKIST не может составить карту Солнца сразу. Прибор UCoMP лучше подходит для получения глобальных изображений коронального магнитного поля, хотя и с меньшим разрешением и в двухмерной проекции. Вместе эти наблюдения дают полное представление о корональном магнитном поле.

UCoMP — это коронограф, прибор, блокирующий солнечный свет с помощью диска и позволяющий наблюдать за солнечной короной. Он также работает как поляриметр Стокса, который позволяет получать спектральные данные, такие как интенсивность корональных линий и доплеровская скорость.

Апертура UCoMP меньше (20 см), но он может охватывать всё Солнце в большинстве дней. Исследователи применили метод корональной сейсмологии для отслеживания магнитогидродинамических волн в данных UCoMP. Эти волны позволили создать двухмерную карту силы и направления коронального магнитного поля.

В 2020 году с помощью предшественника UCoMP и метода корональной сейсмологии была составлена первая карта глобального коронального магнитного поля. Это был важный шаг к рутинным измерениям такого типа.

UCoMP обладает расширенными возможностями, что позволяет проводить более детальные измерения. Исследовательская группа создала 114 карт магнитного поля почти каждый день в период с февраля по октябрь 2022 года.

Мы вступаем в новую эру исследований физики Солнца, когда сможем регулярно измерять корональное магнитное поле, — сказал Янг.

Дополнение картины

Во время наблюдений были впервые измерены показатели коронального магнитного поля в полярных областях Солнца.

Полюса Солнца нельзя увидеть напрямую, так как они не попадают в обзор с Земли из-за изгиба звезды около полюсов. Несмотря на невозможность прямого наблюдения, учёные смогли измерить излучаемый ими магнетизм. Это стало возможным благодаря улучшению качества данных от UCoMP и усилению излучения из полярной области Солнца во время солнечного максимума.

Янг, как постдокторант NSF NCAR, будет изучать магнитное поле Солнца. Он хочет улучшить модели короны, основанные на измерениях фотосферы. Сейчас метод, используемый в UCoMP, ограничен двумя измерениями и не отражает трёхмерное магнитное поле. Янг с коллегами хотят объединить свои исследования с другими методами, чтобы лучше понять вектор магнитного поля в короне.

Для понимания того, как корона заряжается энергией перед солнечным извержением, важно третье измерение магнитного поля — оно ориентировано вдоль линии взгляда наблюдателя.

Чтобы измерить все изгибы и переплетения, которые лежат в основе солнечных извержений, нужны большой телескоп и широкое поле зрения. На этом принципе основана обсерватория COSMO — солнечный преломляющий телескоп диаметром 1,5 метра, который сейчас дорабатывают.

Сара Гибсон, руководитель разработки COSMO и соавтор статьи, учёный из NSF NCAR, говорит:

Корональный магнетизм — это сила, которая посылает массу от Солнца по всей Солнечной системе. Поэтому его нужно наблюдать в 3D и везде одновременно, по всей короне.

Работа Янга помогает понять, как глобальное магнитное поле Солнца меняется изо дня в день. Это важно для прогнозирования солнечных бурь и подготовки к ним. Солнечные бури представляют всё большую опасность для зависящей от технологий жизни на Земле.

04.10.2024