stringtranslate.com

Событие солнечной частицы

Постэруптивные петли в результате солнечной вспышки, снимок сделан спутником TRACE (фото NASA)

В физике Солнца событие солнечной частицы ( SPE ), также известное как событие солнечной энергичной частицы или солнечная радиационная буря , [a] [1] представляет собой солнечное явление , которое происходит, когда частицы, испускаемые Солнцем , в основном протоны , ускоряются либо в атмосфере Солнца во время солнечной вспышки , либо в межпланетном пространстве ударной волной выброса корональной массы . Другие ядра, такие как ионы гелия и HZE, также могут ускоряться во время события. Эти частицы могут проникать через магнитное поле Земли и вызывать частичную ионизацию ионосферы . Энергичные протоны представляют значительную радиационную опасность для космических аппаратов и астронавтов .

Описание

СПС происходят, когда заряженные частицы в атмосфере Солнца ускоряются до чрезвычайно высоких скоростей. Эти заряженные частицы, называемые солнечными энергетическими частицами , могут выходить в межпланетное пространство, где они следуют за межпланетным магнитным полем .

Когда солнечные энергичные частицы взаимодействуют с магнитосферой Земли , они направляются магнитным полем Земли к Северному и Южному полюсам, где они могут проникнуть в верхние слои атмосферы. [2]

Причина

Физический механизм ускорения солнечных энергичных частиц, приводящий к SPE, в настоящее время обсуждается. Однако SPE можно в целом разделить на два класса на основе их механизмов ускорения. [ необходима цитата ]

Постепенные события

Постепенные СПС, как полагают, включают ускорение частиц ударными волнами , вызванными выбросами корональной массы в верхней короне . Они связаны с радиовсплесками типа II и характеризуются содержанием элементов, зарядовыми состояниями и температурами, аналогичными показателям окружающей короны. Эти события производят самые высокие интенсивности частиц вблизи Земли.

Импульсивные события

Считается, что импульсные СПС включают ускорение частиц в основном за счет процессов, связанных с магнитным пересоединением и взаимодействиями волн и частиц в местах солнечных вспышек . Они связаны с кратковременными вспышками на низких высотах и ​​радиовсплесками типа III . Они менее интенсивны вблизи Земли, чем постепенные события. Был выявлен дополнительный гибридный класс, который включает характеристики как постепенных, так и импульсных событий. [3] [4]

Земные эффекты

Протоны, ускоренные во время SPE, обычно имеют недостаточно энергии, чтобы проникнуть в магнитное поле Земли. Однако во время необычно сильных вспышек протоны могут быть ускорены до достаточных энергий, чтобы достичь магнитосферы и ионосферы Земли вокруг Северного и Южного полюсов .

События поглощения полярной шапки

Энергичные протоны, направляемые в полярные регионы, сталкиваются с атмосферными компонентами и высвобождают свою энергию в процессе ионизации. Большая часть энергии оседает в самой нижней области (D-области) ионосферы ( около 50–80 км по высоте). Эта область особенно важна для ионосферной радиосвязи , поскольку именно в ней происходит большая часть поглощения энергии радиосигнала. Усиленная ионизация, создаваемая входящими энергичными протонами, увеличивает уровни поглощения в нижней ионосфере и может иметь эффект полной блокировки всей ионосферной радиосвязи через полярные регионы. Такие события известны как события поглощения полярной шапки. Эти события начинаются и продолжаются до тех пор, пока энергия входящих протонов приблизительно более 10 МэВ (миллионов электрон-вольт) превышает примерно 10 pfu (единиц потока частиц или частиц  ср −1  см −2  с −1 ) на высотах геосинхронных спутников.

События поглощения полярной шапкой и связанное с ними отключение КВ-радио создают уникальные проблемы для коммерческой и военной авиации. Маршруты, проходящие через полярные регионы , особенно выше 82 градусов северной широты, могут полагаться только на КВ-радиосвязь. Следовательно, если события поглощения полярной шапкой продолжаются или прогнозируются, коммерческие авиалинии должны перенаправить свои маршруты таким образом, чтобы КВ-связь оставалась жизнеспособной. [5] [6]

Улучшения на уровне земли

Чрезвычайно интенсивные SPE, способные производить энергичные протоны с энергией свыше 200 МэВ, могут увеличить скорость счета нейтронов на уровне земли за счет эффектов вторичного излучения. Эти редкие события известны как усиления на уровне земли (или GLE). [7] В настоящее время известно 73 события GLE. [8] Самое сильное из известных событий GLE было обнаружено 23 февраля 1956 года. [9] Некоторые события производят большое количество ионов HZE, хотя их вклад в общее излучение мал по сравнению с уровнем протонов. [10]

События Мияке

События солнечных частиц считаются ответственными за события Мияке , наблюдаемые резкие повышения концентрации определенных изотопов, обнаруженных в кольцах деревьев. Эти события, обнаруженные физиком Фуса Мияке, позволили датировать ряд прошлых СПЭ определенными годами.

Опасности

Люди

Коммерческие трансполярные полеты самолетов на большой высоте зафиксировали увеличение радиации во время этих событий. В 2019 году Международная организация гражданской авиации представила Центры космической погоды, которые публикуют рекомендации по космической погоде, имеющие отношение к международной аэронавигации, описывая влияние космической погоды на авиацию и возможные меры по смягчению последствий. [11] Полеты самолетов вдали от полярных регионов с гораздо меньшей вероятностью столкнутся с воздействием СПС.

Значительное воздействие протонной радиации может быть оказано на астронавтов, находящихся за пределами защитного щита магнитосферы Земли, например, на астронавтах, находящихся на пути к Луне или на Луне. Однако воздействие может быть сведено к минимуму, если астронавты находятся на низкой околоземной орбите и остаются в наиболее защищенных областях своего космического корабля. Уровни протонной радиации на низкой околоземной орбите увеличиваются с наклонением орбиты. Поэтому, чем ближе космический корабль приближается к полярным регионам, тем больше будет воздействие энергичной протонной радиации.

Космический корабль

Энергичные протоны от SPE могут электрически заряжать космические аппараты до уровней, которые могут повредить электронные компоненты. Они также могут вызывать хаотичное поведение электронных компонентов. Например, твердотельная память на космических аппаратах может быть изменена, что может привести к загрязнению данных или программного обеспечения и привести к выполнению неожиданных (фантомных) команд космических аппаратов. Энергичные протонные бури также разрушают эффективность солнечных панелей , которые предназначены для сбора и преобразования солнечного света в электричество. За годы воздействия энергичной протонной активности Солнца космические аппараты могут потерять значительное количество электроэнергии, что может потребовать отключения важных приборов.

Когда энергичные протоны попадают в чувствительную оптическую электронику в космических аппаратах (например, в звездных трекерах и других камерах), на снимках появляются вспышки. Эффект может быть настолько выраженным, что во время экстремальных событий невозможно получить качественные изображения Солнца или звезд. Это может привести к потере ориентации космических аппаратов, что имеет решающее значение для сохранения контроля со стороны наземных диспетчеров.

Сопутствующие явления

Крупные СПС могут быть связаны с геомагнитными бурями, которые могут вызвать масштабные сбои в электросетях . Однако сами по себе протонные события не являются причиной аномалий в электросетях, и они не являются причиной геомагнитных бурь. Электросети чувствительны только к колебаниям магнитного поля Земли.

Смотрите также

Пояснительные записки

  1. ^ События, связанные с солнечными частицами, реже называются солнечными протонными событиями и мгновенными протонными событиями .

Ссылки

  1. ^ Джиггенс, П.; Клави, К.; Эванс, Х.; О'Брайен, TP; Витассе, О.; Мишев А.Л.; Ниеминен, П.; Дейли, Э.; Калегаев В.; Власова Н.; Борисов, С.; Бенк, С.; Пойви, К.; Чьямукунгу, М.; Мазур, Дж.; Хейндерикс, Д.; Сандберг, И.; Бергер, Т.; Усоскин И.Г.; Паассилта, М.; Вайнио, Р.; Штраубе, У.; Мюллер, Д.; Санчес-Кано, Б.; Хасслер, Д.; Пракс, Дж.; Ниемеля, П.; Леппинен, Х.; Пунккинен, А.; Аминалрагия-Джимини, С.; Нагацума, Т. (январь 2019 г.). «Данные на месте и корреляция эффектов во время события солнечных частиц в сентябре 2017 г.». Космическая погода . 17 (1): 99–117. Bibcode : 2019SpWea..17...99J. doi : 10.1029 /2018SW001936 . S2CID  126398974.
  2. ^ "Буря солнечной радиации | Центр прогнозирования космической погоды NOAA / NWS". www.swpc.noaa.gov . Получено 10 июля 2022 г. .
  3. ^ Cliver, EW (1996). «Гамма-излучение солнечных вспышек и энергичные частицы в космосе». Труды конференции AIP . 374 : 45–60. Bibcode : 1996AIPC..374...45C. doi : 10.1063/1.50980 . Получено 10 июля 2022 г.
  4. ^ Бруно, А.; Базилевская, Г.А.; Боэзио, М.; Кристиан, скорая помощь; Нолфо, Джорджия де; Мартуччи, М.; Мерге', М.; Михайлов В.В.; Мунини, Р.; Ричардсон, И.Г.; Райан, Дж. М.; Сточай, С.; Адриани, О.; Барбарино, GC; Беллотти, Р.; Богомолов Е.А.; Бонги, М.; Бонвичини, В.; Боттай, С.; Кафанья, Ф.; Кампана, Д.; Карлсон, П.; Казолино, М.; Кастеллини, Дж.; Сантис, К. Де; Феличе, В. Ди; Гальпер, AM; Карелин А.В.; Колдашов С.В.; Колдобский С.; Крутков С.Ю.; Квашнин А.Н.; Леонов А.; Малахов В.; Марчелли, Л.; Майоров А.Г.; Менн, В.; Моккьютти, Э.; Монако, А.; Мори, Н.; Остерия, Г.; Панико, Б.; Папини, П.; Пирс, М.; Пикоцца, П.; Риччи, М.; Риччарини, SB; Саймон, М.; Спарволи, Р.; Спиллантини, П.; Стожков Ю.И.; Вакки, А.; Ваннучини, Э.; Васильев Г.И.; Воронов С.А.; Юркин Ю.Т.; Зампа, Г.; Зампа, Н. (26 июля 2018 г.). «События с солнечными энергетическими частицами, наблюдаемые миссией ПАМЕЛА». Астрофизический журнал . 862 (2): 97. arXiv : 1807.10183 . Bibcode : 2018ApJ...862...97B. doi : 10.3847/1538-4357/aacc26 . S2CID  118873810.
  5. ^ Бахтель, Б.; Фрейзер, М.; Хадаллер, О.; Минкнер, К.; Пандей, М.; Ройс, В.; Руманн, Д.; Сантони, Ф.; Васатка, Дж.; Жиганов, А. "Polar Route Operations" (PDF) . Polar Operations by Boeing . WordPress.com . Получено 23 апреля 2024 г. .
  6. ^ Sauer, HH; Wilkinson, DC (2008). "Глобальное картирование поглощения ионосферных радиоволн HF/VHF из-за солнечных энергичных протонов". Космическая погода . 6 (12). Bibcode : 2008SpWea...612002S. doi : 10.1029/2008SW000399.
  7. ^ Полуянов, С.; Усоскин, И.; Мишев, А.; Ши, М.; Смарт, Д. (2017). «Переопределение GLE и Sub-GLE в свете высотных полярных нейтронных мониторов». Solar Physics . 292 (11): 176. arXiv : 1711.06161 . Bibcode :2017SoPh..292..176P. doi :10.1007/s11207-017-1202-4.
  8. ^ Международная база данных GLE
  9. ^ Усоскин, И.; Колдобский, С.; Ковальцов, Г.; Розанов, Е.; Суходолов, Т.; Мишев, М.; Миронова, И. (2020). "Повторное рассмотрение эталонного солнечного протонного события 23 февраля 1956 г.: оценка чувствительности метода космогенных изотопов к экстремальной солнечной активности". Журнал геофизических исследований . 125 : 6. arXiv : 2005.10597 . doi : 10.1029/2020JA027921 .
  10. ^ Вклад ионов с высоким зарядом и энергией (HZE) во время солнечно-частичного события 29 сентября 1989 г. Ким, Мён Хи Й.; Уилсон, Джон У.; Кучинотта, Фрэнсис А.; Симонсен, Лиза К.; Этвелл, Уильям; Бадави, Фрэнсис Ф.; Миллер, Джек, Космический центр имени Джонсона в НАСА; Исследовательский центр Лэнгли, май 1999 г.
  11. ^ Doc 10100, Руководство по информации о космической погоде в поддержку международной аэронавигации . Монреаль, Канада: ИКАО. 1029. ISBN 978-92-9258-662-1.

Внешние ссылки