Марс орбитална мисия (MOM) на ISRO: Нов поглед върху прогнозирането на слънчевата активност

Изследователите са изследвали турбуленцията в слънчевата корона, използвайки радиосигнали , изпращани до Земята от ултраевтиния орбитален апарат до Марс , когато Земята и Марс са били в съвпад от противоположните страни на Слънцето (съвпадът обикновено се случва веднъж на приблизително две години). Радиосигналите от орбиталния апарат са преминали през коронната област на Слънцето на близко разстояние от 10 Rʘ (1 Rʘ = слънчеви радиуси = 696 340 км). Честотният остатък на получения сигнал е анализиран, за да се получи спектър на короналната турбулентност. Констатациите изглеждат съвместими с in-situ констатациите на Parker Solar Probe. Мисията Mars Orbiter (MOM) предостави много евтина възможност за изучаване на динамиката в короналната област (при липса на много скъпа in-situ слънчева сонда) и нова представа за това как изследването на турбуленцията в слънчевата коронална област, използвайки радиосигнали, изпращани от орбитален апарат до Марс до Земята, може да помогне за подобряване на прогнозирането на слънчевата активност, което е от голямо значение за формите на живот и цивилизацията на Земята.

Мисията Mars Orbiter (MOM) на Индийската организация за космически изследвания (ISRO ) беше изстреляна на 5 ноември 2013 г. с планиран живот на мисията от 6 месеца. Тя далеч е надминала жизнения си цикъл и в момента е във фазата на удължена мисия.

Екип от изследователи използва радиосигнали от орбиталния апарат , за да изследва слънчевата корона, когато Земята и Марс са от противоположните страни на Слънцето. По време на периодите на съвпад, които обикновено се случват веднъж на приблизително две години, радиосигналите от орбиталния апарат преминават през слънчевата коронална област на разстояние от 10 Rʘ (1 Rʘ = слънчеви радиуси = 696 340 км) хелиовисочина от центъра на Слънцето и дават възможности за изучаване на слънчевата динамика.

Слънчевата корона е регионът, където температурата може да достигне няколко милиона градуса по Целзий. Слънчевите ветрове възникват и се ускоряват в този регион и обгръщат междупланетните пространства , които оформят магнитосферата на планетите и влияят на космическото време в близост до Земята. Изучаването на това е важен императив ¹ . Наличието на in-situ сонда би било идеално, но използването на радиосигнали (предавани от космически кораби и приемани на Земята след преминаване през короналната област) предоставя отлична алтернатива.

В скорошна статия ^2, публикувана в Monthly Notices of Royal Astronomical Society, изследователите са изследвали турбулентността в слънчевата коронална област по време на период на намаляваща фаза на слънчевия цикъл и съобщават, че слънчевите ветрове се ускоряват и преходът им от субалфвеничен към супералфвеничен поток се случва около 10–15 Rʘ. Те постигат насищане на сравнително по-ниски хелиовисочини в сравнение с периода на висока слънчева активност. Между другото, това откритие изглежда се подкрепя и от директното наблюдение на слънчевата корона от Parker Probe ^{3 .}

Тъй като слънчевата корона е заредена плазмена среда и има присъща турбулентност, тя въвежда дисперсионни ефекти в параметрите на електромагнитните радиовълни, пътуващи през нея. Турбулентността в короналната среда предизвиква флуктуации в плътността на плазмата, които се регистрират като флуктуации във фазата на радиовълните, излизащи през тази среда. По този начин радиосигналите, получени на наземната станция, съдържат сигнатурата на разпространяващата се среда и се анализират спектрално, за да се получи спектър на турбулентност в средата. Това формира основата на техниката за коронално радио-сондиране, която е била използвана от космическия кораб за изследване на коронални области.  

Доплеровите честотни остатъци, получени от сигнали, се анализират спектрално, за да се получи спектър на коронална турбуленция на хелиоцентрични разстояния, вариращи между 4 и 20 Rʘ. Това е регионът, където слънчевият вятър се ускорява предимно. Промените в режима на турбулентност са добре отразени в стойностите на спектралния индекс на спектъра на временните честотни флуктуации. Наблюдава се, че спектърът на мощността на турбулентност (временен спектър на честотните флуктуации) на по-ниско хелиоцентрично разстояние (<10 Rʘ) се е изгладил при области с по-ниски честоти с по-нисък спектрален индекс, който съответства на областта на ускорение на слънчевия вятър. По-ниските стойности на спектралния индекс по-близо до повърхността на Слънцето означават режим на входяща енергия, при който турбулентността все още е слабо развита. За по-големи хелиоцентрични разстояния (> 10Rʘ) кривата се извива със спектрален индекс близо до 2/3, което е показателно за инерционни режими на развита турбуленция от тип Колмогоров, при която енергията се транспортира чрез каскадно.  

Цялостните характеристики на спектъра на турбулентност зависят от фактори като фазата на цикъла на слънчевата активност, относителното разпространение на слънчевите активни области и короналните дупки. Тази работа, базирана на данни от MOM, отчита прозрението за слабите максимуми на слънчевия цикъл 24, който е записан като особен слънчев цикъл по отношение на общата по-ниска активност в сравнение с други предишни цикли. 

Интересното е, че това проучване демонстрира много евтин начин за изследване и наблюдение на турбуленцията в слънчевата коронална област чрез използване на метод за радиозондиране. Това може да бъде изключително полезно за следене на слънчевата активност, което от своя страна може да бъде от решаващо значение при прогнозирането на всички важни слънчеви времена, особено в близост до Земята.  

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2201151

***

Литература:  

1. Прасад У., 2021 г. Космос Времето, смущенията на слънчевия вятър и радиоизбухванията. Научен европейски. Публикувано на 11 февруари 2021 г. Достъпно на http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/  

2. Джейн Р., и др 2022. Изследване на динамиката на слънчевата корона по време на фазата след максимума на слънчевия цикъл 24, използвайки радиосигнали в S-обхвата от мисията на орбиталния апарат в Индия на Марс. Месечни известия на Кралското астрономическо дружество, stac056. Получено в оригинален вид на 26 септември 2021 г. Публикувано на 13 януари 2022 г. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stac056 

3. J. C. Kasper et al. Слънчевата сонда Parker навлиза в магнитно доминираната слънчева корона. физ. преп. Лет. 127, 255101. Получено на 31 октомври 2021 г. Публикувано на 14 декември 2021 г. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101 

***