В сентябре прошлого года массивная новая область магнитного поля возникла на поверхности Солнца рядом с существующим солнечным пятном. Мощное столкновение магнитных полей вызвало серию мощных солнечных вспышек, вызвавших турбулентные космические погодные условия на Земле. Это были первые вспышки, которые были захвачены в момент их развития Технологическим институтом Нью-Джерси (NJIT), недавно расширившим солнечную батарею Owens Valley (EOVSA)..
С 13 антеннами, работающими вместе, EOVSA впервые смогла сделать изображения вспышки на нескольких радиочастотах одновременно. Эта расширенная способность вникать в механику вспышек предлагает ученым новые пути для исследования самых мощных извержений в нашей Солнечной системе.
«Эти сентябрьские вспышки включали в себя две самые сильные вспышки за текущий 11-летний цикл солнечной активности, выбросившие радиацию и заряженные частицы к Земле, что нарушило радиосвязь», - сказал Дейл Гэри, выдающийся профессор физики в Центре солнечной активности NJIT. - Наземные исследования (CSTR) и директор EOVSA. Последняя вспышка этого периода, 10 сентября, была «самой захватывающей», добавил он.
Область солнечных пятен как раз проходила над солнечным лимбом - краем Солнца во время его вращения - и мы могли видеть сравнительную высоту вспышки на многих различных длинах волн, от оптических до ультрафиолетовых и X- лучи, на радио», - рассказал он. «Этот вид дал прекрасную возможность запечатлеть структуру большой солнечной вспышки со всеми ее составляющими».
Радиоизлучение генерируется энергичными электронами, ускоренными в короне, горячих верхних слоях атмосферы Солнца. Современная физика Солнца опирается на наблюдения на многих длинах волн; радиоизображение дополняет их, непосредственно наблюдая за ускорением частиц, которое управляет всем процессом. Измеряя радиоспектр в разных местах солнечной атмосферы, особенно когда он может делать это достаточно быстро, чтобы отслеживать изменения во время солнечных вспышек, он становится мощным средством диагностики быстро меняющейся солнечной среды во время этих извержений.
EOVSA, который финансируется Национальным научным фондом, является первым прибором радиоизображения, который может делать спектральные изображения достаточно быстро - за одну секунду - чтобы отслеживать быстрые изменения, происходящие в солнечных вспышках. Эта возможность позволяет динамически измерять радиоспектр по всей области вспышки, чтобы точно определить место ускорения частиц и нанести на карту, где эти частицы движутся. Изображения солнечных вспышек на большинстве других длин волн показывают только последствия нагрева ускоренными частицами, тогда как радиоизлучение может показывать непосредственно сами частицы.
«Одна из величайших загадок солнечных исследований заключается в том, чтобы понять, как Солнце производит частицы чрезвычайно высокой энергии за такое короткое время», - отметил Гэри. «Но чтобы ответить на этот вопрос, у нас должна быть количественная диагностика как частиц, так и окружающей среды, особенно магнитного поля, которое лежит в основе высвобождения энергии. EOVSA впервые делает это возможным в радиодиапазоне».
Гэри представил новые результаты исследования EOVSA на этой неделе на трехгодичном саммите Земля-Солнце (TESS), в котором участвуют отдел физики Солнца Американского астрономического общества (AAS) и отдел физики Солнца и аэрономии Американского геофизического общества. Союз (AGU).
«Новые результаты EOVSA вызвали большой интерес на собрании TESS», - сказал Бин Чен, доцент кафедры физики CSTR, председательствующий на заседании, посвященном интенсивной солнечной активности, имевшей место в сентябре прошлого года. «Ряд экспертов на встрече отметили, что эти результаты добавят принципиально новые идеи в понимание выделения энергии и ускорения частиц при солнечных вспышках."
Среди других открытий ученые из EOVSA узнали, что радиоизлучение при вспышке распространяется на гораздо большую территорию, чем было известно ранее, что указывает на то, что высокоэнергетические частицы быстро переносятся в больших количествах по взрывоопасному магнитному полю "пузыря". называется выбросом корональной массы (CME).
Это важно, потому что CME вызывают ударные волны, которые еще больше ускоряют частицы, опасные для космических кораблей, астронавтов и даже людей в самолетах, летающих по полярным маршрутам. На сегодняшний день остается загадкой, как только эти ударные волны ускоряют частицы, потому что физика непонятна», - сказал он. «Одна из теорий состоит в том, что в области ударной волны должны присутствовать «затравочные» частицы, которые могут генерировать волны, необходимые для дальнейшего ускорения. Долгое время предполагалось, что их могут обеспечить вспышки, которые, как известно, ускоряют частицы. Предыдущие наблюдения, в основном с помощью рентгеновских лучей, всегда показывают эти частицы, находящиеся на очень малых высотах, и было непонятно, как такие частицы могли попасть в ударную волну. Радиоизображения показывают наличие частиц в гораздо большей области, что дает им больше возможностей получить доступ к ударной области».
Солнечные пятна являются основным генератором солнечных вспышек, внезапных мощных вспышек электромагнитного излучения и заряженных частиц, которые вырываются в космос во время взрывов на поверхности Солнца. Их вращательное движение вызывает накопление энергии, которая высвобождается в виде вспышек.
EOVSA был разработан для получения радиоизображений с высоким разрешением вспышек (каденция 1 секунда), областей солнечных пятен (каденция 20 минут), полного Солнца (несколько в день) и сотен частот на широкой частоте. диапазон, что делает его первым солнечным прибором, способным измерять радиоспектр от точки к точке в области вспышек.
«Мы работаем над конвейером калибровки и визуализации, чтобы автоматически генерировать микроволновые изображения, наблюдаемые EOVSA, и делать их доступными для сообщества на ежедневной основе», - добавил Чен, который возглавляет конвейер EOVSA. усилие.
«Самое неожиданное открытие EOVSA - это то, что мы видим на самых низких радиочастотах», - отметил Гэри. «Наблюдения за вспышками, основанные на высоких радиочастотах и на основе рентгеновских наблюдений, показывают, что вспышка представляет собой относительно небольшую, компактную область, хотя мы видим доказательства нагрева на гораздо большей площади. Хотя у нас были редкие наблюдения из прошлого, которые казались чтобы показать большие радиоисточники, EOVSA в настоящее время делает обычными изображения больших радиоисточников, которые даже больше на более низких частотах».
Поначалу он и его коллеги, однако, не могли подключиться к этим новым регионам. После того, как массив был завершен, они поняли, что вышки сотовой связи в долине Оуэнс вызывают гораздо более высокие уровни радиопомех, чем ожидалось. В результате они разработали режекторные фильтры, способные отсекать частоты, наиболее подверженные влиянию вышек сотовой связи.
Это важно, потому что много интересных солнечных радиовсплесков происходит в диапазоне вышек сотовой связи (1.9-2,2 ГГц). Именно более низкие частоты лучше всего показывают это новое и недостаточно изученное явление больших источников, - сказал Гэри. - Каким-то образом ускоренные частицы переносятся в гораздо больший объем короны, чем мы думали».
При новом финансировании от НАСА Гэри и его коллеги будут измерять радиоспектр солнечных вспышек с пространственным разрешением, определять параметры частиц и плазмы в зависимости от положения и времени, а затем использовать трехмерное моделирование, которое его группа разработала, чтобы полностью понять начальное ускорение и последующий перенос частиц высокой энергии.
Солнце проходит через 11-летние циклы активности, и в прошлом году, возможно, произошли последние вспышки, которые мы увидим в течение следующих четырех или пяти лет», - сказал Гэри. «В течение следующих нескольких лет мы будем сосредоточить наши усилия на улучшении активных областей солнечных пятен и изображений всего диска с помощью массива. Получение изображения в более крупном пространственном масштабе является более сложным, но может быть столь же важным, поскольку особенности более крупного масштаба определяют влияние Солнца на атмосферу Земли и солнечный ветер."