Космическо време, смущения на слънчевия вятър и радиоизблици

Слънчев вятърът, потокът от електрически заредени частици, излъчван от короната на външния атмосферен слой на Слънцето, представлява заплаха за формата на живот и съвременното човешко общество, базирано на електрически технологии. Магнитното поле на Земята осигурява защита срещу входящото слънчев вятър, като ги отклони. Драстично слънчев събития като масово изхвърляне на електрически заредена плазма от короната на Слънцето създава смущения в слънчев вятър. Следователно изследване на смущенията в условията на слънчев вятър (нар Космос времето) е наложително. Изхвърляне на коронална маса (CME), наричано още "слънчев бури" или "пространство бури“ се свързва с слънчев радио изблици. Проучване на слънчев радиоизбухванията в радиообсерваториите могат да дадат представа за CME и условията на слънчевия вятър. Първото статистическо изследване (публикувано наскоро) на 446 записани радиоизбухвания от тип IV, наблюдавани през последния слънчев цикъл 24 (всеки цикъл се отнася до промяната в магнитното поле на Слънцето на всеки 11 години), установи, че по-голямата част от дълготрайните радиоизлъчвания от тип IV Слънчев Изблиците бяха придружени от изхвърляне на коронална маса (CMEs) и смущения в условията на слънчевия вятър. 

Точно както времето на Земята се влияе от смущенията във вятъра, пространство времето“ се влияе от смущенията в „слънчевия вятър“. Но приликата свършва тук. За разлика от вятъра на Земята, който е направен от въздух, състоящ се от атмосферни газове като азот, кислород и т.н., слънчевият вятър се състои от прегрята плазма, състояща се от електрически заредени частици като електрони, протони, алфа частици (хелиеви йони) и тежки йони, които непрекъснато се излъчват от слънчевата атмосфера във всички посоки, включително по посока на Земята.   

Слънцето е най-добрият източник на енергия за живота на Земята, поради което се уважава в много култури като дарител на живот. Но има и друга страна. Слънчевият вятър, непрекъснатият поток от електрически заредени частици (т.е. плазма), произхождащ от слънчевата атмосфера, представлява заплаха за живота на Земята. Благодарение на магнитното поле на Земята, което отклонява по-голямата част от йонизиращия слънчев вятър (от Земята) и земната атмосфера, която абсорбира по-голямата част от останалата радиация, като по този начин осигурява защита от йонизиращата радиация. Но има и нещо повече – освен заплаха за биологичните форми на живот, слънчевият вятър представлява заплаха и за електричеството и технологичното общество. Електронни и компютърни системи, електрически мрежи, нефтопроводи и газопроводи, телекомуникации, радиокомуникации, включително мобилни телефонни мрежи, GPS, пространство мисии и програми, сателитни комуникации, интернет и т.н. – всичко това потенциално може да бъде прекъснато и доведено до застой от смущения в слънчевия вятър¹. Астронавтите и космическите кораби са особено изложени на риск. Имаше няколко случая на това в миналото, например март 1989 г „Затъмнение в Квебек“.“ в Канада, причинена от масивно слънчево изригване, силно повреди електрическата мрежа. Някои сателити също са претърпели щети. Ето защо е необходимо да се следи условията на слънчевия вятър в близост до Земята – как неговите характеристики като скорост и плътност, магнитно поле сила и ориентация и нива на енергийни частици (т.е. пространство времето) ще окаже влияние върху формите на живот и съвременното човешко общество.  

Като „прогноза за времето“, може липространство времето също да бъде предсказано? Какво определя слънчевия вятър и неговите условия в близост до Земята? Могат ли сериозни промени в пространство времето да бъде известно предварително, за да се предприемат превантивни действия за минимизиране на вредното въздействие върху Земята? И защо изобщо се образува слънчевият вятър?   

Слънцето е топка от горещ електрически зареден газ и следователно няма определена повърхност. Слоят на фотосферата се третира като повърхност на слънцето, защото това е, което можем да наблюдаваме със светлина. Слоевете под фотосферата навътре към ядрото са непрозрачни за нас. Слънчевата атмосфера е изградена от слоеве над повърхността на фотосферата на слънцето. Това е прозрачният газообразен ореол, обграждащ Слънцето. По-добре видима от Земята по време на пълното слънчево затъмнение, слънчевата атмосфера има четири слоя: хромосфера, слънчев преходен регион, корона и хелиосфера.  

Слънчевият вятър се образува в короната, вторият слой (отвън) на слънчевата атмосфера. Короната е слой от много гореща плазма. Докато температурата на повърхността на Слънцето е около 6000 K, средната температура на короната е около 1-2 милиона K. Наречен „Парадокс на короналното нагряване“, механизмът и процесите на нагряване на короната и ускоряване на слънчевия вятър до много висока скорост и разширяване в междупланетна пространство все още не е добре разбрано, ² въпреки че в скорошна статия изследователите се опитаха да решат това чрез фотони с произход от аксиони (хипотетичната елементарна частица на тъмната материя) ³.  

Понякога огромно количество гореща плазма се изхвърля от короната в най-външния слой на слънчевата атмосфера (хелиосфера). Наречени коронални масови изхвърляния (CMEs), е установено, че масовите изхвърляния на плазма от короната генерират големи смущения в температурата, скоростта, плътността и междупланетна магнитно поле. Те създават силни магнитни бури в геомагнитното поле на Земята ⁴. Изригването на плазма от корона включва ускорение на електроните и ускорението на заредените частици генерира радиовълни. В резултат на това короналните масови изхвърляния (CMEs) също са свързани с изблици на радиосигнали от Слънцето ⁵, Следователно, пространство метеорологичните изследвания биха включвали изследване на времето и интензитета на масовите изхвърляния на плазма от короната във връзка със свързаните слънчеви изблици, което е радиоизбухване от тип IV, продължаващо дълго време (повече от 10 минути).    

Появата на радиоизблици в по-ранните слънчеви цикли (периодичния цикъл на магнитното поле на Слънцето на всеки 11 години) във връзка с короналните масови изхвърляния (CMEs) е изследвана в миналото.  

Едно скорошно дългосрочно статистическо проучване от Anshu Kumari et al. от университета в Хелзинки за радиоизбухвания, наблюдавани в слънчевия цикъл 24, хвърля допълнителна светлина върху връзката на дълготрайни, по-широкочестотни радиоизригвания (наречени тип IV изригвания) с CME. Екипът установи, че около 81% от изблиците тип IV са последвани от изхвърляне на коронална маса (CME). Около 19% от изблиците тип IV не са придружени от CME. В допълнение, само 2.2% от CME са придружени от радиоизбухвания тип IV ⁶.  

Разбирането на синхронизирането на тип IV дълготрайни изблици и CMEs поетапно ще помогне при проектирането и синхронизирането на текущите и бъдещите пространство програми, така че да се намали въздействието им върху такива мисии и в крайна сметка върху формите на живот и цивилизацията на Земята. 

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2102111 

***

Литература:    

1. Бял SM., nd. Слънчеви радиоизбухвания и Космос Метеорологично време. Университет на Мериленд. Предлага се онлайн на https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Посетен на 29 януари 2021 г. 

2. Aschwanden MJ et al 2007. The Coronal Heating Paradox. The Astrophysical Journal, том 659, номер 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Русов В.Д., Шарф И.В., и др. 2021. Решение на проблема с короналното нагряване с помощта на аксионни фотони. Физика на тъмната вселена, том 31, януари 2021 г., 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. Коронални масови изхвърляния и смущения в параметрите на плазмата на слънчевия вятър във връзка с геомагнитни бури. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N., 2011. Коронални масови изхвърляния и слънчеви радиоемисии. CDAW център за данни на НАСА. Предлага се онлайн на https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Посетен на 29 януари 2021 г.  

6. Kumari A., Morosan DE., and Kilpua EKJ., 2021. Относно появата на слънчеви радиоизблици тип IV в слънчев цикъл 24 и тяхната връзка с коронални масови изхвърляния. Публикувано на 11 януари 2021 г. The Astrophysical Journal, том 906, номер 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***