Корональные дыры распыляют солнечный ветер

Садовый шланг солнца: как солнечные ветры распыляются по всей солнечной системе. Автор: Generated by ChatGPT and modified by lead author Tatiana Podladchikova

Ученые из Сколковского института науки и технологий совместно с учеными из Университета Граца, обсерватории Канцельхёэ и Колумбийского университета обнаружили, как корональные дыры — огромные магнитные окна в солнечной короне — запускают быстрые потоки солнечного ветра в космос со сверхзвуковой скоростью, формируя их поток по всей гелиосфере.

Эти результаты закладывают основу для предстоящей миссии Vigil к точке Лагранжа L5 — специального солнечного часового, который будет следить за нашим динамическим солнцем, преобразуя наблюдения за глубоким космосом в беспрецедентные ранние предупреждения о солнечных бурях для защиты критической инфраструктуры на Земле и на орбите. Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports.

Самые быстрые потоки исходят из корональных дыр — темных, более холодных участков внешней атмосферы Солнца, где магнитные поля расширяются, и высокоскоростные потоки солнечного ветра могут выходить из Солнца в межпланетное пространство. Однако то, как именно эти дыры формируют поведение солнечного ветра, остается открытым вопросом.

Когда высокоскоростные потоки солнечного ветра сталкиваются с более медленным солнечным ветром, они создают массивные структуры, называемые областями коротирующего взаимодействия, которые вытягиваются по спирали наружу по мере вращения Солнца. Поскольку Солнце совершает оборот каждые 27 дней, одна корональная дыра может бомбардировать нас неоднократно — небесный метроном космической погоды.

Новаторское исследование, проведенное физиками Солнца, показало, как корональные дыры приводят в движение быстрые потоки солнечного ветра заряженных частиц, которые мчатся через нашу Солнечную систему. Исследование также обеспечивает значительный прогресс в прогнозировании космической погоды, увеличивая время упреждения прогноза с часов до дней. Используя уникальную наблюдательную точку в точке Лагранжа L5 (60° позади Земли на орбите), ученые теперь могут лучше предсказывать, когда эти солнечные ветры достигнут Земли.

Команда решила ключевую загадку — почему измерения солнечного ветра различаются между обсерваториями L5 и L1 на околоземной орбите. Они проследили изменения до трех критических факторов — совокупного эффекта меньших корональных дыр, их точного местоположения на поверхности Солнца и широтного положения космического аппарата, обнаруживающего солнечный ветер.

Эти результаты подчеркивают важность будущих миссий к точкам Лагранжа L5 и L4, таких как Vigil ЕКА, для улучшения раннего оповещения о геомагнитных бурях, что поможет защитить спутники, авиацию и электросети от разрушительной космической погоды.

Влияние широты корональной дыры и космического корабля на скорость солнечного ветра в моделируемых L1/L5. Слева: изображения STEREO-B 195 Å с сегментированными корональными дырами и меридиональными срезами (15°) для двух событий в мае и ноябре 2008 года. Справа: скорости L1 (синий) и L5 (красный) с корональной областью (красная точка). Верхняя панель: корональная дыра (-51°) и STEREO-B (-5,7°) имеют общую южную широту, тогда как STEREO-A (+0,8°) — нет. Эта разница >6° со свойствами корональной дыры приводит к ослаблению быстрого солнечного ветра в L1 по сравнению с L5. Нижняя панель: сочетание небольшой корональной дыры на широте -35°, широты STEREO-B (+5,9°) и широты STEREO-A (-4,8°), создающее разницу широты >10°, которая меняет ожидаемую тенденцию скорости, увеличивая скорость солнечного ветра в точке L1 по сравнению с L5. Автор: Simulating high-speed solar wind streams from coronal holes using an L5–L1 configuration of lagrangian points. Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-97246-2

«Представьте, что вы поливаете свой сад шлангом», — объясняет ведущий автор, доцент Татьяна Подладчикова, которая возглавляет Инженерный центр в Сколтехе. «Если вы стоите прямо перед струей, вас сильно бьет. Но если вы стоите сбоку, вы ловите только брызги. Этот «эффект садового шланга» объясняет, почему спутники, которые напрямую направлены на поток солнечного ветра, измеряют более высокие скорости, чем те, которые находятся под углом».

«Наше исследование показывает, что этот эффект наиболее выражен для меньших корональных дыр на более высоких солнечных широтах и сильно зависит от широтного разделения между космическими аппаратами. Напротив, более крупные корональные дыры более равномерно распределяют солнечный ветер по гелиосфере».

Эти результаты не только улучшат прогнозирование космической погоды и расширят фундаментальные знания о солнечно-земной среде, но и подчеркнут важность продолжения исследований с различных точек наблюдения, таких как L5 и L4, для полного изучения влияния Солнца на Солнечную систему, что обогатит более широкую область гелиофизики и исследования космоса.

Больше информации: Tatiana Podladchikova et al, Simulating high-speed solar wind streams from coronal holes using an L5-L1 configuration of lagrangian points, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-97246-2

Источник: Skolkovo Institute of Science and Technology