Ученые получили новые данные о том, что находится на скрытой стороне Солнца

Фото из открытых источников

Новое исследование показывает, как ученые могут выявлять ранее не наблюдавшуюся солнечную активность и создавать более точные модели магнитного поля Солнца. Результаты нового исследования была опубликована в The Astrophysical Journal Supplement Series.

В любой момент времени половина Солнца обращена от Земли. Солнечные пятна, образующиеся на этой скрытой стороне, остаются невидимыми до тех пор, пока вращение Солнца не выведет их на поверхность.

Ученые могут обнаружить некоторую активность на дальней стороне Солнца, измеряя время распространения звуковых волн внутри Солнца, но эти показания иногда указывают на проблемные зоны, которых на самом деле не существует.

Новый метод оценивает каждый сигнал с обратной стороны Солнца по вероятности его подлинности, поэтому на карту магнетизма всего Солнца попадают только достоверные сигналы. Полная карта важна, потому что она является отправной точкой для прогнозирования космической погоды — солнечной активности, которая может достигать Земли.

Команде не потребовался новый телескоп, и она протестировала метод на данных, полученных с помощью космических аппаратов за более чем четыре года. Работу возглавил Бибхути Джа, научный сотрудник отдела исследований и изучения Солнечной системы Юго-западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.

Его группа моделирует магнитное поле поверхности Солнца, которое изменяется по мере того, как солнечная активность возрастает и спадает в повторяющихся солнечных циклах.

«Мы смоделировали поверхность Солнца, чтобы увидеть, как ведет себя магнитное поле, что помогает нам понять, как активность Солнца меняется в течение солнечных циклов», — сказал Джа.

В отличие от Луны, которая обращена к Земле одной стороной, Солнце совершает полный оборот примерно за 27 дней. Его обратная сторона — это просто та половина, которая в данный момент обращена от Земли.

Модели прогнозирования начинаются с магнетизма, который могут наблюдать ученые, и продолжают отслеживать его по мере вращения Солнца. Иногда солнечное пятно неожиданно появляется в поле зрения, заставляя ученых корректировать свои прогнозы.

«Если мы сможем спрогнозировать следующий солнечный цикл, у нас будет более четкое представление о том, как будет вести себя Солнце в ближайшие годы», — добавил он.

Звуковые волны постоянно распространяются внутри Солнца, а участки сильного магнетизма, где образуются солнечные пятна, изменяют длительность распространения этих волн. Измеряя время распространения волн на стороне, обращенной к Земле, ученые могут определить местоположение магнитных пятен на противоположной стороне.

Ученые называют этот подход гелиосейсмологией, и каждое магнитное пятно они называют активной областью. У этого метода есть известный недостаток. «Акустические данные иногда могут указывать на активную зону на другом конце, но когда эта зона попадает в поле зрения, мы ничего не видим», — сказал Джа. «Это почти ложноположительный результат. Мы называем такие области «призрачными активными зонами».

Другие исследователи обнаружили, что примерно 10% участков на дальней стороне Луны в более раннем наборе этих данных не имели соответствующего яркого пятна на изображениях космического аппарата.

С мая 2010 года по август 2014 года два космических аппарата НАСА STEREO были расположены таким образом, чтобы фотографировать почти всю обратную сторону Луны в ультрафиолетовом свете. Эти фотографии позволили команде проверить показания звуковых волн.

Карты звуковых волн были получены с помощью прибора, установленного на борту Солнечной динамической обсерватории НАСА, которая наблюдает за стороной Земли. Ученые преобразовали эти показания в оценки магнетизма на обратной стороне Луны с точностью до 12 часов.

Для каждого участка дальней стороны Луны на этих картах исследователи проверяли ультрафиолетовые изображения на наличие яркого пятна в том же месте. Совпадение указывало на реальную активную область. Отсутствие совпадения означало, что это всего лишь «призрак».

Таким образом команда обработала более 10 000 обнаруженных случаев. Исследователи использовали большую часть из них для обучения статистической модели, способной отличать реальные фрагменты от фантомных изображений, оставив 2046 для тестирования.

Лиза Аптон, ведущий научный сотрудник боулдерского отделения института, выступила соавтором исследования и разработала вероятностную модель вместе с Джха.

«Прежде чем добавить эти данные гелиосейсмологии с дальней стороны Луны в нашу модель, мы систематически оцениваем точность определения активных областей», — сказал Аптон. «Мы присваиваем каждой из этих активных областей на дальней стороне вероятность, исходя из их свойств».

Модель учитывала суммарное количество магнетизма, содержащегося в каждом участке, среднюю силу этого магнетизма и расстояние участка от экватора Солнца. Наибольшее значение имела суммарная сила магнетизма, примерно вдвое превышающая среднюю. Более сильные и концентрированные участки магнетизма оставляют более четкий след на звуковых волнах, пишут авторы.

Команда установила высокую планку, вероятность 0,73, выбранную для того, чтобы отсеять около 90% призраков. Из тестовых участков, прошедших фильтр, 93% были подтверждены как реальные активные регионы.

Строгий порог имеет свою цену. В тестовом наборе данных около 48% реально активных областей оказались ниже порогового значения, и большинство из них представляли собой более слабые участки.

Затем отфильтрованные фрагменты были включены в модель команды. По оценкам команды, версия, использующая только обращенную к Земле сторону, не учитывала примерно от 10% до 20% общего магнетизма Солнца.

Область, образовавшаяся в 2011 году, показывает, откуда берется этот недостающий магнетизм. 30 мая она начала проявляться вблизи западного края Солнца, непосредственно перед тем, как скрыться из поля зрения. Стандартная модель не предусматривала возможности дальнейшего расширения за пределы конструкции.

Новая версия продолжала отслеживать рост региона в течение примерно двух недель, пока он не был виден. Когда эксперимент возобновился 15 июня, резкого скачка не наблюдалось, поскольку модель снова переключилась на прямые измерения.

Наряду с фантомными изображениями, фильтр по-прежнему отбрасывает множество реальных областей, поэтому их притяжение не достигает модели. Авторы предложили добавить больше подсказок, например, насколько компактным или раздробленным выглядит каждый участок, чтобы выявить больше таких случаев.

Оценки для дальней стороны также неопределенны. В некоторых случаях они оказались выше, чем измерения телескопов после того, как область повернулась в поле зрения, поэтому для корректировки итоговых данных по-прежнему необходимы регулярные прямые измерения.

Исследования также расходятся во мнениях относительно того, улучшает ли добавление областей дальней стороны Солнца прогнозы солнечного ветра — потока частиц, исходящих от Солнца. Для решения этого вопроса потребуются более точные карты обратной стороны Луны, написали авторы.

«Это шаг к более реалистичному моделированию магнитного поля как видимого, так и невидимого полушарий Солнца», — сказал Джа.

В течение многих лет области на дальней стороне Солнца могут также влиять на магнетизм вблизи полюсов. Для измерения этого потребуется более длительный период сбора данных, и команда отложила это на последующее исследование.