|
Откуда берутся высокоэнергетические частицы
|
|
|
|
В течение десятилетий ученые пытались решить насущную проблему погоды в космосе: в непредсказуемое время частицы высокой энергии бомбардируют Землю и объекты за пределами земной атмосферы излучением, которое может поставить под угрозу жизнь космонавтов и вывести из строя электронные устройства спутников. Эти вспышки могут даже вызвать потоки радиации, достаточно сильные, чтобы достичь пассажиров самолетов, летящих над Северным полюсом. Несмотря на все усилия ученых, четкую картину того, как и когда будут происходить вспышки, по-прежнему трудно определить.
|
|
|
|
На этой неделе в статье в The Astrophysical Journal Letters авторы Лука Комиссо и Лоренцо Сирони из Колумбийского факультета астрономии и астрофизической лаборатории использовали суперкомпьютеры для моделирования того, когда и как высокоэнергетические частицы рождаются в турбулентных средах, подобных атмосферным. солнца. Это новое исследование прокладывает путь к более точным прогнозам того, когда произойдут опасные выбросы этих частиц.
|
|
|
«Это захватывающее новое исследование позволит нам лучше предсказывать происхождение частиц солнечной энергии и совершенствовать модели прогнозирования событий космической погоды, что является ключевой целью НАСА и других космических агентств и правительств по всему миру», — сказал Комиссо. Он добавил, что в течение следующих нескольких лет NASA Parker Solar Probe, ближайший к Солнцу космический аппарат, сможет подтвердить выводы статьи, непосредственно наблюдая предсказанное распределение высокоэнергетических частиц, которые генерируются во внешней атмосфере Солнца.
|
|
|
|
В своей статье «Ускорение ионов и электронов в полностью кинетической плазменной турбулентности» Комиссо и Сирони демонстрируют, что магнитные поля во внешней атмосфере Солнца могут ускорять ионы и электроны до скоростей, близких к скорости света. Внешняя атмосфера Солнца и других звезд состоит из частиц в плазменном состоянии, сильно турбулентном состоянии, отличном от жидкого, газообразного и твердого состояний. Ученые долгое время считали, что солнечная плазма генерирует высокоэнергетические частицы. Но частицы в плазме движутся настолько хаотично и непредсказуемо, что до сих пор не удавалось в полной мере продемонстрировать, как и когда это происходит.
|
|
|
|
Используя суперкомпьютеры в Колумбии, НАСА и Национальном научно-вычислительном центре энергетических исследований, Комиссо и Сирони создали компьютерное моделирование, показывающее точное движение электронов и ионов в солнечной плазме. Эти модели имитируют атмосферные условия на Солнце и предоставляют самые обширные данные, собранные на сегодняшний день, о том, как и когда будут формироваться высокоэнергетические частицы.
|
|
|
|
Исследование дает ответы на вопросы, которыми ученые занимаются не менее 70 лет: в 1949 году физик Энрико Ферми начал исследовать магнитные поля в космическом пространстве как потенциальный источник высокоэнергетических частиц (которые он назвал космическими лучами), которые наблюдался вход в атмосферу Земли. С тех пор ученые подозревали, что основным источником этих частиц является солнечная плазма, но окончательно доказать это было сложно.
|
|
|
|
Исследование Комиссо и Сирони, проведенное при поддержке НАСА и Национального научного фонда, имеет последствия далеко за пределами нашей Солнечной системы. Подавляющее большинство наблюдаемой материи во Вселенной находится в состоянии плазмы. Понимание того, как некоторые частицы, составляющие плазму, могут быть ускорены до высоких энергетических уровней, является важной новой областью исследований, поскольку энергичные частицы регулярно наблюдают не только вокруг Солнца, но и в других средах по всей Вселенной, включая окружение черных дыр и нейтронные звезды.
|
|
|
|
В то время как новая статья Комиссо и Сирони посвящена Солнцу, дальнейшие симуляции могут быть проведены в других контекстах, чтобы понять, как и когда далекие звезды, черные дыры и другие объекты во Вселенной будут генерировать свои собственные всплески энергии. «Наши результаты сосредоточены на Солнце, но их также можно рассматривать как отправную точку для лучшего понимания того, как высокоэнергетические частицы производятся в более далеких звездах и вокруг черных дыр», — сказал Комиссо. «Мы лишь коснулись поверхности того, что моделирование суперкомпьютера может рассказать нам о том, как эти частицы рождаются во Вселенной».
|
|
|
|
Источник
|
