Учёные из Сколковского института науки и технологий и их коллеги из Грацского университета, обсерватории Канцельхоэ и Колумбийского университета раскрыли механизм, с помощью которого корональные дыры — гигантские магнитные окна в солнечной короне — выбрасывают в космос потоки быстрого солнечного ветра на сверхзвуковых скоростях, формируя его движение по всей гелиосфере. Эти открытия закладывают основу для предстоящей миссии Vigil к точке Лагранжа L5 — солнечной обсерватории, которая будет непрерывно мониторить активность Солнца, преобразуя данные глубокого космоса в оперативные предупреждения о солнечных бурях для защиты критической инфраструктуры Земли и орбитальных систем. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports, Nature.

Солнце не просто светит — оно дует. Солнечный ветер — непрерывный поток электронов, протонов и ядер гелия — вырывается с поверхности Солнца со скоростью в сотни километров в секунду, накрывая нашу планету и всю Солнечную систему. И это не лёгкий бриз, а бурная река, где медленные течения сменяются быстрыми, вызывая не только удивительные по красоте полярные сияния, но и опасные геомагнитные бури. Самые быстрые потоки заряженных частиц выбрасываются из корональных дыр — тёмных и более холодных участков во внешнем слое атмосферы Солнца, где магнитные поля размыкаются, позволяя высокоскоростному солнечному ветру вырываться в межпланетное пространство. Однако вопрос о том, как именно солнечные дыры формируют поведение солнечного ветра, пока остаётся открытым. Когда быстрые потоки солнечного ветра сталкиваются с медленными, они создают гигантские структуры — области коротирующего взаимодействия, которые, закручиваясь, распространяются в космос по мере вращения Солнца. Поскольку Солнце совершает полный оборот за 27 дней, одна и та же корональная дыра может бомбардировать нас снова и снова — словно космический метроном космической погоды.

Новаторское исследование, проведённое группой учёных, позволило раскрыть механизм, с помощью которого корональные дыры формируют высокоскоростные потоки солнечного ветра из заряженных частиц, распространяющиеся по всей Солнечной системе. Это исследование также знаменует значительный прорыв в прогнозировании космической погоды, увеличивая заблаговременность предсказаний с нескольких часов до нескольких суток. Используя уникальную точку наблюдения в точке Лагранжа L5, расположенной на 60° позади Земли по орбите, учёные теперь смогут с большей точностью определять, когда солнечный ветер достигнет нашей планеты. 

Исследователям удалось найти ответ на главный вопрос: почему измерения скорости солнечного ветра в точке L5 отличаются от измерений в точке L1, расположенной на орбите Земли? Было установлено, что различия обусловлены тремя основными факторами — совместным влиянием небольших корональных дыр, их точным расположением на поверхности Солнца и широтным положением спутников, с которых ведутся наблюдения за солнечным ветром. Полученные результаты не только служат доказательством важности предстоящих миссий к точкам Лагранжа L5 и L4, в частности, миссия Европейского космического агентства Vigil, но и позволяют значительно повысить заблаговременность прогнозирования геомагнитных бурь в целях более надёжной защиты спутников и авиационной техники, а также наземных электросетей от разрушительного воздействия космической погоды.

«Представьте, что вы поливаете свой сад из шланга. Если вы встанете прямо под струю, вы почувствуете сильный удар воды, но, если отойдёте немного в сторону, на вас попадут только брызги. Именно из-за „эффекта садового шланга“ спутники, оказавшиеся на пути потока солнечного ветра, фиксируют более высокие скорости ветра, чем те, что находятся под углом к нему. Наше исследование показало, что этот эффект наиболее ярко проявляется в случае небольших корональных дыр и более высоких солнечных широт и сильно зависит от разницы в широтах между спутниками, а ветер из более крупных корональных дыр, напротив, более равномерно распространяется по всей гелиосфере», — рассказывает первый автор исследования, директор Центра системного проектирования Сколтеха доцент Татьяна Подладчикова.

Полученные результаты не только позволят усовершенствовать прогнозирование космической погоды и углубить фундаментальное понимание процессов в системе Солнце-Земля, но и подчёркивают важность дальнейших исследований с различных точек наблюдения, таких как L5,  L4 и другие. Такие исследования необходимы для полного раскрытия механизмов влияния Солнца на Солнечную систему, что внесёт значительный вклад в развитие гелиофизики и космических исследований.