Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Astronomowie z UJ badają koronalne wyrzuty masy i strumienie energetycznych cząstek słonecznych

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.

Literatura naukowa podaje kilka przykładów ciekawych badań nad korelacjami między prędkościami koronalnych wyrzutów masy a wartościami pikowymi 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 na 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 związane z tymi dwoma zjawiskami.

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.

 

koronalny wyrzut masy oraz związaną z nim emisję silnie przyśpieszonej plazmy złożonej z energetycznych cząstek słonecznych (SEP) 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.


Wykres rozkładu maksimów strumieni SEP w trzech pasmach energii


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.
 


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