Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Nawigacja Nawigacja

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Pogoda kosmiczna na Ziemi

Pogoda kosmiczna na Ziemi

Pogoda kosmiczna na Ziemi uzależniona jest głównie od burz magnetycznych i emisji energetycznych cząstek, w obu przypadkach wywoływanych przez silnie przyśpieszone strumienie słonecznych protonów i jonów. Takie rozpędzone do znacznych prędkości przepływy plazmy nazywane są strumieniami cząstek wysokoenergetycznych (ang. Solar Energetic Particles, SEP). Sama ich emisja może być efektem dwóch różnych zjawisk: rekoneksji, czyli nagłych zmian geometrii słonecznych pól magnetycznych, obserwowanych ostatecznie w postaci rozbłysków słonecznych, lub bardziej powolnych wyrzutów cząstek energetycznych związanych z ich przyśpieszaniem w silnych falach uderzeniowych (szokach) towarzyszących koronalnym wyrzutom masy.

Badania obu tych zjawisk są bardzo istotne z punktu widzenia tego, jak pogoda kosmiczna wpływa na życie na Ziemi. Silne, stopniowo narastające i długotrwałe zdarzenia związane z emisją SEP są pod tym względem szczególnie interesujące, ponieważ łączne przybycie w okolice Ziemi koronalnego wyrzutu masy, szoku plazmy słonecznej i zwiększonego strumienia cząstek słonecznych może powodować uszkodzenia satelitów w przestrzeni kosmicznej i różnych technologii stosowanych na powierzchni naszej planety. To za ich sprawą powstają piękne zorze polarne, ale także poważne zakłócenia w działaniu sieci elektrycznych i telekomunikacji (efekt Carringtona, 1859) pojawiające się w przypadku wyjątkowo silnych burz geomagnetycznych.


23 stycznia 2012 roku instrument LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraphs)
umieszczony na
pokładzie sondy SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory) zarejestrował
koronalny wyrzut masy oraz związaną 
z nim emisję silnie przyśpieszonej plazmy złożonej z
energetycznych cząstek słonecznych (SEP). 
Cząsteczki te pokazane są tutaj jako białe ziarna
w polu widzenia; pojawiają się około 4 godziny po emisji 
koronalnego wyrzutu masy.
Źródło: SOHO Observatory.

Literatura naukowa podaje kilka przykładów badań nad związkami między prędkościami koronalnych wyrzutów masy a pikowymi strumieniem powiązanych z nimi strumieni cząstek SEP. Naukowcy z OA UJ wykazali teraz, że ich nowatorska metoda oparta na wykorzystaniu tzw. prędkości chwilowych cząstek SEP pozwala na uzyskanie dużo bardziej precyzyjnych parametrów fizycznych ich emisji.

Uczeni posłużyli się w tym celu obserwacjami koronalnych wyrzutów masy zarejestrowanych w pobliżu dwóch bliźniaczych satelitów STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory). Dodatkowe dane z instrumentów SOHO  (SOlar and Heliospheric Observatory), LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraphs) oraz SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation) posłużyły im do wyznaczenia ich parametrów kinematycznych. W badaniach wykorzystano również strumienie SEP obserwowane w trzech różnych zakresach energii przez satelitę GOES-13 (Geostationary Operational Environmental Satellite). W pracy omówiono też ich związek ze strumieniami pikowymi rentgenowskich rozbłysków słonecznych, które są powiązane z tymi dwoma zjawiskami.

Wykres rozkładu maksimów strumieni SEP w trzech pasmach energii (> 10 MeV (kolor czerwony),
> 50 MeV (niebieski) i > 100 MeV (zielony)) w funkcji odpowiednich prędkości CME
(średnie prędkości - STEREO (panel a), maksymalne prędkości - STEREO (panel b),
średnie prędkości - SOHO (panel c), maksymalne prędkości - SOHO (panel d)). Otwarte symbole
reprezentują "zdarzenia dyskowe" (długości od -20 < L < 45), podczas gdy zamknięte -
"zdarzenie zachodnie" (L > 45). Widoczne jest też pojedyncze "zdarzenie wschodnie" z
31 sierpnia 2012 r. (l < -20; kolor żółty). To jedyne zdarzenie zarejestrowane przez sondę STEREO-B,
jakie analizowano w omawianych badaniach - ze względu na jego wysoką jakość pomiarów. Linie
ciągłe to liniowe dopasowania modelu do punktów obserwacyjnych. Źródło: Publikacja zespołu.

Z badań wynika prosta zależność: jeśli tylko chwilowe prędkości danego strumienia pikowego cząstek SEP są dobrze określone (co ma miejsce aż do odległości równej około 10 promieniom Słońca), to maksymalny strumień powiązanego z nimi zjawiska emisji SEP można łatwo oszacować na bazie uzyskanego przez autorów pracy modelu empirycznego. Zdarzenia SEP związane z dyskiem i zachodnią częścią tarczy Słońca mogą przy tym wytwarzać najsilniejsze wyrzuty cząstek SEP, ponieważ te obszary Słońca są magnetycznie najsilniej połączone z Ziemią na skutek ruchu obrotowego Ziemi i Słońca. Dobra korelacja uzyskana dla strumieni protonów o energiach wyższych niż 10 MeV potwierdza z kolei hipotezę, że protony są przyspieszane głównie w falach uderzeniowych generowanych przez „szybkie” koronalne wyrzuty masy propagujące się w przestrzeni międzyplanetarnej. Cząstki o energiach większych niż 50 i 100 MeV są również przyspieszane przez te same fale uderzeniowe (szoki), ale za proces ich rozpędzania mogą też częściowo odpowiadać towarzyszące im rozbłyski słoneczne.  Z kolei same rozbłyski i emisje energetycznych cząstek SEP są ze sobą dosyć słabo skorelowane. Wynik ten również wspiera hipotezę, zgodnie z którą to szoki napędzane koronalnymi wyrzutami masy są lepszymi generatorami przyśpieszenia cząstek energetycznych.

 

Opisane wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantów UMO-2017/25/B/ST9/00536 i DSC N17/MNS/000038. 

------------

Oryginalna publikacja: Ravishankar, A., & Michałek, G., Non-interacting coronal mass ejections and solar energetic particles near the quadrature configuration of Solar TErrestrial RElations Observatory , A&A, 638, A42, June 2020.

------------

Grafika na górze: Bliźniacze sondy STEREO A i B umieszczone w odległych od siebie, przeciwnych punktach orbity aktywnego Słońca. Źródło: NASA

Polecamy również
Nobel 2020 z chemii za nożyczki genetyczne
Nobel z fizyki 2020: Czarne dziury i tajemnicze centrum Drogi Mlecznej
Teoria kontra obserwacje rozbłysków gamma: narodziny nowych świec standardowych
Wenus pełna życia?