Солнечная буря поразила ученых, раздуваясь гораздо быстрее, чем ожидалось

Фото из открытых источников

Солнце регулярно выбрасывает в космос облака горячего намагниченного газа. В течение многих лет ученые считали, что эти облака постепенно и предсказуемо увеличиваются в размерах, дрейфуя к Земле.

Одно облако отказалось вести себя послушно. Пролетая мимо двух космических аппаратов по пути сюда, оно раздулось гораздо сильнее, чем кто-либо ожидал, на коротком участке, который должен был едва его касаться. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

История начинается с коронального выброса массы, гигантского извержения, которое выбрасывает намагниченную плазму с поверхности Солнца. В ноябре 2021 года один из таких взрывов направил магнитное облако к Земле, проскользнув мимо двух зондов, расположенных почти идеально вдоль траектории Солнце-Земля.

Уловить одно и то же облако двумя аппаратами, движущимися по одной линии, — это нечто невероятное. Один из зондов, космический аппарат Solar Orbiter, находился примерно в 125 миллионах километров от Солнца. Аппарат Wind НАСА сместился ещё дальше, ближе к Земле.

Во время проходящей солнечной бури два космических аппарата почти никогда не выравниваются на линии Солнце-Земля, и никто раньше не отслеживал одиночное облако с такой близкой дистанции. Это извержение уже вызвало мощную магнитную бурю, которую, согласно исследованиям, можно отнести к числу самых сильных, вызываемых подобными извержениями.

Расстояние между двумя зондами составляло примерно 20 миллионов километров, что по меркам космоса — ничтожная величина. Облако, пересекающее этот промежуток, должно было бы выглядеть почти одинаково с обеих сторон, но этого не произошло.

К тому моменту, когда облако достигло второго космического аппарата, его ширина увеличилась примерно на одну пятую, увеличившись примерно на 21 процент на расстоянии, после которого эти облака обычно выглядят почти одинаково. Такой рост на столь небольшой территории застал команду врасплох.

Исследователи назвали это явление «суперрасширением» — так называют облако, которое раздувается гораздо быстрее, чем в стандартном варианте.

Размер был лишь половиной сюрприза. По мере расширения облака температура газа внутри него увеличилась примерно в три раза, что противоречит законам физики, предсказывающим распространение вещества в холодном космосе. Газ, который рассеивается, должен охлаждаться по мере разрежения. Это облако, наоборот, стало горячее, а не холоднее, даже во время своего роста.

Что именно вызвало это тепловое излучение, до сих пор остается открытым вопросом. Исследователи предполагают, что облако получало энергию изнутри себя или в результате столкновения с порывистым солнечным ветром, но истинный источник остается невыясненным. На показаниях прибора тепло отразилось в резком повышении давления внутри облака.

Стандартные модели предполагают, что давление будет снижаться по мере старения облака, а не повышаться, и именно это несоответствие во многом и выделило это событие среди прочих.

Скорость подтвердила это. Края облака расширялись со скоростью примерно 190 километров в секунду, в то время как типичное облако расширяется со скоростью от 50 до 95 километров в секунду.

Однако темпы расширения не ускорялись. Между двумя зондами оно немного замедлилось, замедляясь из-за более медленного газа, уже заполняющего окружающее пространство, — своего рода сопротивление, описанное в статье о движении облаков.

Самое странное здесь именно такое сочетание факторов, поскольку темпы роста замедлились, в то время как облако продолжало увеличиваться в размерах. Обычно солнечные бури ускоряются или замедляются при столкновении с окружающим газом, но на этот раз газ расширился.

По мере распространения облака его магнитное поле ослабевало, что соответствует математическим прогнозам.

К моменту достижения внешней части зонда это поле ослабло более чем на 40 процентов. В этом нет ничего удивительного. Внутреннее давление говорило о более запутанной картине. Обычные модели предполагают, что оно должно постепенно снижаться по мере расширения облака, но здесь оно вело себя непредсказуемым образом, подвергаясь воздействию нагрева и сжатия внутри.

В более ранних исследованиях для описания изменений этих облаков в значительной степени использовались компьютерные симуляции. Благодаря тому, что за этим событием следили два реальных зонда вместо одного, оно выявило недостатки в этой картине и предоставило исследователям конкретные данные для проверки своих предположений.

Знание того, как меняется облако на пути к Земле, напрямую влияет на прогнозирование космической погоды. Чем точнее предупреждение, тем больше времени получают энергетические компании и операторы спутников.

Сильный шторм может нарушить работу GPS-сигналов и вывести из строя спутники. В худшем случае он может повредить трансформаторы, обеспечивающие электроснабжение, — опасность, о которой говорится в одном из отчетов, основанном на нескольких исторических случаях.

Это событие наглядно демонстрирует, что не все солнечные облака развиваются по одному и тому же сценарию. Некоторые раздуваются и нагреваются гораздо быстрее, чем предполагалось в моделях, и это облако предоставляет исследователям конкретный пример для пересмотра своих прогнозов.

«В этом исследовании мы показали, что магнитное облако может резко расширяться за короткий промежуток времени и в пространстве, что может иметь последствия для Земли, о которых мы бы не знали», — отмечает соавтор исследования Ширш Лата Сони из Университета Айовы.

Команда видит в этом более широкий урок: в знакомых событиях скрываются неожиданные моменты.