Летом 2023 года эксперт по космической погоде в составе исследовательской группы заметил несоответствие: на Земле происходили геомагнитные бури, хотя ни один из прогнозов не предсказывал столкновения с солнечными выбросами. Это наблюдение породило гипотезу о том, что опасные погодные явления могут формироваться не на Солнце, а в пространстве между ним и нашей планетой.
Основным источником космической погоды считаются выбросы заряженных частиц и магнитных полей с Солнца. Самые мощные из них — межпланетные корональные выбросы массы (CME). Сталкиваясь с Землей, они вызывают геомагнитные бури, которые проявляются как полярные сияния и способны выводить из строя критически важную инфраструктуру, например, перегревать и повреждать трансформаторы в электросетях.
Прогнозирование космической погоды — задача более сложная, чем предсказание ураганов. Для моделирования необходимо создать виртуальное пространство, или «симуляционный ящик», включающий Солнце, планеты и огромные расстояния между ними. В существующих глобальных моделях это пространство делится на гигантские кубы, каждый со стороной в 1,6 миллиона километров (1 миллион миль). Такое низкое разрешение не позволяет рассмотреть небольшие события, аналогично тому, как глобальная карта погоды не покажет отдельный ураган.
В поиске разгадки команда, в которую вошел ведущий эксперт по моделированию, сначала изучила старые глобальные симуляции в надежде найти «крошечный, преходящий сгусток», но безуспешно. Затем исследователи сосредоточились на данных о солнечном извержении в мае 2024 года, внимательно изучив область столкновения быстрого выброса с более медленным окружающим солнечным ветром.
В этой области была обнаружена система магнитных структур, известных как потоковые канаты (flux ropes) — пучки скрученных вместе магнитных полей. Однако в модели с низким разрешением эти структуры оказались слишком малы, чтобы их можно было корректно проанализировать, и в итоге они просто «рассеялись».
Прорыв произошел после создания новой компьютерной модели с детализацией, почти в 100 раз превосходящей предыдущие. Ученые применили сетку высокого разрешения только вдоль траектории предполагаемых явлений, чтобы снизить вычислительные затраты. Новая симуляция позволила различать объекты размером в десятки тысяч миль, включая структуры, чей диаметр в шесть раз превышал диаметр Земли (128 000 километров).
Результат моделирования оказался поразительным. Когда более быстрый солнечный выброс врезался в медленный солнечный ветер, в точке столкновения сформировались потоковые канаты невероятной сложности и силы. Один из исследователей сравнил увиденное с тем, «как ураган порождает скопление торнадо».
Эти космические торнадо достаточно мощны, чтобы вызвать на Земле значительные геомагнитные бури. Главная опасность заключается в том, что для современных систем мониторинга такое событие будет выглядеть лишь как «небольшой всплеск», что делает его скрытой и труднопрогнозируемой угрозой.
Исследование, результаты которого будут опубликованы в октябре 2025 года в журнале The Astrophysical Journal, подтверждает, что опасные явления космической погоды действительно могут формироваться локально в межпланетном пространстве.
Следующим шагом для команды станет моделирование прямого воздействия этих торнадоподобных структур на нашу планету и ее инфраструктуру. Для надежного обнаружения и прогнозирования таких явлений потребуется развертывание нескольких спутников нового поколения. Разработка подобных космических миссий уже ведется учеными и инженерами.
Изображение носит иллюстративный характер
Основным источником космической погоды считаются выбросы заряженных частиц и магнитных полей с Солнца. Самые мощные из них — межпланетные корональные выбросы массы (CME). Сталкиваясь с Землей, они вызывают геомагнитные бури, которые проявляются как полярные сияния и способны выводить из строя критически важную инфраструктуру, например, перегревать и повреждать трансформаторы в электросетях.
Прогнозирование космической погоды — задача более сложная, чем предсказание ураганов. Для моделирования необходимо создать виртуальное пространство, или «симуляционный ящик», включающий Солнце, планеты и огромные расстояния между ними. В существующих глобальных моделях это пространство делится на гигантские кубы, каждый со стороной в 1,6 миллиона километров (1 миллион миль). Такое низкое разрешение не позволяет рассмотреть небольшие события, аналогично тому, как глобальная карта погоды не покажет отдельный ураган.
В поиске разгадки команда, в которую вошел ведущий эксперт по моделированию, сначала изучила старые глобальные симуляции в надежде найти «крошечный, преходящий сгусток», но безуспешно. Затем исследователи сосредоточились на данных о солнечном извержении в мае 2024 года, внимательно изучив область столкновения быстрого выброса с более медленным окружающим солнечным ветром.
В этой области была обнаружена система магнитных структур, известных как потоковые канаты (flux ropes) — пучки скрученных вместе магнитных полей. Однако в модели с низким разрешением эти структуры оказались слишком малы, чтобы их можно было корректно проанализировать, и в итоге они просто «рассеялись».
Прорыв произошел после создания новой компьютерной модели с детализацией, почти в 100 раз превосходящей предыдущие. Ученые применили сетку высокого разрешения только вдоль траектории предполагаемых явлений, чтобы снизить вычислительные затраты. Новая симуляция позволила различать объекты размером в десятки тысяч миль, включая структуры, чей диаметр в шесть раз превышал диаметр Земли (128 000 километров).
Результат моделирования оказался поразительным. Когда более быстрый солнечный выброс врезался в медленный солнечный ветер, в точке столкновения сформировались потоковые канаты невероятной сложности и силы. Один из исследователей сравнил увиденное с тем, «как ураган порождает скопление торнадо».
Эти космические торнадо достаточно мощны, чтобы вызвать на Земле значительные геомагнитные бури. Главная опасность заключается в том, что для современных систем мониторинга такое событие будет выглядеть лишь как «небольшой всплеск», что делает его скрытой и труднопрогнозируемой угрозой.
Исследование, результаты которого будут опубликованы в октябре 2025 года в журнале The Astrophysical Journal, подтверждает, что опасные явления космической погоды действительно могут формироваться локально в межпланетном пространстве.
Следующим шагом для команды станет моделирование прямого воздействия этих торнадоподобных структур на нашу планету и ее инфраструктуру. Для надежного обнаружения и прогнозирования таких явлений потребуется развертывание нескольких спутников нового поколения. Разработка подобных космических миссий уже ведется учеными и инженерами.
