Солнце — самый мощный ускоритель частиц в нашей системе. «Ливни» заряженных частиц угрожают работе космических аппаратов и даже способны навредить электросетям на поверхности Земли.
С помощью станции Solar Orbiter ученые разделили «летящие» к планете сверхбыстрые электроны на два типа по тому, какие солнечные явления их порождают. Аппарат Solar Orbiter — полноценная научная лаборатория для исследования Солнца. Он подлетает к светилу на расстояние 42 миллионов километров от поверхности, или 0,28 астрономической единицы. Для сравнения: Меркурий в ближайшей своей точке оказывается в 47 миллионах километров.
Солнечная активность принимает разные формы. Так, солнечный ветер — легкий бриз по сравнению со вспышками и выбросами корональной массы. Именно они порождают потенциально опасные потоки заряженных частиц. В частности, потоки солнечных энергичных электронов (solar energetic electrons, SEE) с энергиями от нескольких килоэлектронвольт до мегаэлектронвольт.
Также солнечные выбросы энергетических частиц можно разделить на два класса по их длительности: импульсивные и продолжительные. Ученые связывают импульсивные выбросы с небольшими вспышками и другими явлениями, а продолжительные — с мощными солнечными вспышками и выбросами корональной массы.
В новой работе с помощью данных Solar Orbiter ученые выявили 303 выброса солнечных энергичных электронов, распределили их на импульсивные и продолжительные, а также определили породившие их события на поверхности светила.
«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)
Собранные данные авторы выложили в открытый доступ в каталоге. В него попали 303 выброса солнечных энергичных электронов, «пойманных» аппаратом Solar Orbiter с ноября 2020 года по декабрь 2022-го. Каталог будет пополняться.
В статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, ученые привели первый статистический анализ этих выбросов. За изученный период количество выбросов увеличивалось, что объясняется нараставшей активностью Солнца. Также заметно, что большинство выбросов были «пойманы» вдали от светила, но это объясняется эллиптической орбитой аппарата. На самом деле в среднем, независимо от расстояния, Solar Orbiter регистрировал 0,3 выброса в день.
Импульсивные выбросы исследователи связали с рентгеновскими и мощными ультрафиолетовыми солнечными вспышками. Продолжительные — с выбросами корональной массы. При импульсивных выбросах ученые также отметили явную задержку — исчисляемую часами — между событиями и долетевшим до аппарата электронами:
«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.
Вскоре у экспертов по солнечной погоде появятся еще три инструмента для ее изучения: TRACERS, СМАЙЛ и Vigil. TRACERS — пара спутников для изучения взаимодействия солнечных частиц с магнитосферой Земли, запущенная 23 июля 2025 года. Аппарат СМАЙЛ тоже будет собирать данные о взаимодействии солнечного ветра с земной магнитосферой. Он будет «летать» по эллиптической орбите вокруг Земли, удаляясь дальше TRACERS. В самой дальней точке СМАЙЛ будет оказываться на расстоянии 121 тысячи километров над Северным полюсом (примерно треть расстояния от Земли до Луны, но «над» плоскостью эклиптики). Европейское космическое агентство и Китайская академия наук планируют запустить СМАЙЛ уже в 2026 году.
Аппарат Vigil будет «летать» по орбите Земли вслед за нашей планетой в пятой точке Лагранжа (системы Солнце — Земля). На данный момент в L5 нет ни одного аппарата. Задачей Vigil будет следить за событиями на поверхности Солнца, порождающими солнечный ветер и потоки заряженных частиц. Светило вращается вокруг своей оси быстрее, чем наша планета смещается по орбите, поэтому аппарат будет видеть сторону Солнца за четыре-пять дней до того, как оно повернется этим боком к Земле. Аппарат поможет делать более точные и заблаговременные прогнозы солнечной погоды. Запуск миссии Vigil назначен на 2031 год.
Автор: Дарья Губина