Электронный шторм из космоса: почему спутники оказались на грани катастрофы

Представьте: Солнце, наша звезда, не просто светит и греет, а выступает в роли мощнейшего ускорителя частиц во всей Солнечной системе. Эти "ливни" заряженных частиц могут вывести из строя космические аппараты или даже нарушить электросети на Земле.

Но что именно порождает эти опасные потоки? Ученые с помощью станции Solar Orbiter разобрались в этом, разделив сверхбыстрые электроны на два типа в зависимости от солнечных событий.

Что такое Solar Orbiter?

Аппарат Solar Orbiter — это настоящая космическая лаборатория для изучения Солнца. Он подходит к светилу ближе, чем любой другой зонд: всего на 42 миллиона километров от поверхности, что составляет 0,28 астрономической единицы. Для сравнения, Меркурий в перигелии находится в 47 миллионах километров от Солнца. Благодаря этому Solar Orbiter собирает уникальные данные о солнечной активности.

Солнечная активность разнообразна: от легкого солнечного ветра до мощных вспышек и выбросов корональной массы. Именно последние создают потоки солнечных энергичных электронов (solar energetic electrons, SEE) с энергиями от киловольт до мегаэлектронвольт.

Ученые классифицируют эти выбросы по длительности:

• импульсивные: короткие всплески, связанные с небольшими вспышками и другими явлениями.
• продолжительные: длительные потоки, вызванные мощными солнечными вспышками и выбросами корональной массы.

Результаты нового исследования

В свежей работе астрономы проанализировали данные Solar Orbiter и выявили 303 таких выброса с ноября 2020 по декабрь 2022 года. Они разделили их на импульсивные и продолжительные, связав с конкретными событиями на Солнце. Оказалось, что количество выбросов растет по мере усиления солнечной активности. Интересно, что большинство зарегистрировано на расстоянии, но в среднем аппарат фиксирует около 0,3 выброса в день, независимо от дистанции.

"Мы видим четкое разделение между "импульсивными" вспышками частиц, при которых энергичные электроны отлетают от поверхности Солнца всплесками в результате солнечных вспышек, и "продолжительными", связанными с растянутыми во времени выбросами корональной массы, при которых на протяжении длительного периода вылетает более широкий поток частиц", — объяснил ведущий автор исследования Александр Вармут из Потсдамского астрофизического института (Германия).

Импульсивные выбросы ассоциируются с рентгеновскими и мощными ультрафиолетовыми вспышками, а продолжительные — с выбросами корональной массы. При импульсивных ученые отметили задержку в часах между событием и прибытием электронов к аппарату.

"Оказывается, как минимум частично это связано с тем, как электроны путешествуют сквозь пространство — это может быть задержка и в их высвобождении, и в регистрации аппаратом. Электроны попадают в турбулентность, разлетаются в разные стороны, и тому подобное, поэтому мы не ловим их сразу. Чем дальше от Солнца, тем заметнее этот эффект", — объяснила соавтор работы Лаура Родригез-Гарсия.

Все данные доступны в открытом каталоге, который продолжают пополнять.

Будущие миссии по изучению Солнца

В ближайшие годы появятся новые инструменты для мониторинга солнечной погоды:

• TRACERS: пара спутников, запущенных 23 июля 2025 года, для изучения взаимодействия солнечных частиц с магнитосферой Земли.
• СМАЙЛ: аппарат, который будет собирать данные о солнечном ветре и магнитосфере; запуск планируется в 2026 году Европейским космическим агентством и Китайской академией наук. Он достигнет 121 тысячи километров над Северным полюсом.
• Vigil: миссия на 2031 год, которая будет следить за Солнцем из точки Лагранжа L5, предсказывая события за 4-5 дней до их воздействия на Землю.

Эти проекты помогут лучше прогнозировать угрозы от солнечной активности.