Без новых приборов: впервые получена объемная карта магнитного поля короны Солнца: 

Магнитное поле короны Солнца — это то, что формирует солнечный ветер, вспышки и корональные выбросы массы. Именно эти извержения, добравшись до Земли, вызывают геомагнитные бури, способные нарушать работу спутников, радиосвязи и энергосетей. Проблема в том, что измерить это поле напрямую до сих пор не удавалось: мы видим структуру короны, но не можем определить, какие магнитные силы ее держат.

Новое исследование предлагает обходной путь. Команда ученых Национального научного фонда США (NSF NCAR), Национальной солнечной обсерватории NSF и Юго-Западного исследовательского института применила новый метод к уже существующим данным Солнечной обсерватории Мауна-Лоа (MLSO). Вместо того чтобы строить принципиально новый инструмент, исследователи научились извлекать информацию, которая была закодирована в наблюдениях, но оставалась недоступной.

Что именно удалось сделать

Ученые получили первые глобальные трехмерные оценки магнитного поля короны — включая области за видимым краем солнечного диска. Как формулирует соавтор работы Даниэла Лакатус, это позволяет преодолеть узкое место, которое сохранялось десятилетиями: сила и направление поля в короне теперь определяются там, где доступны наблюдения MLSO.

Технически результат стал возможен благодаря объединению двух вещей. Первая — это первые двумерные глобальные карты магнитного поля короны, полученные с помощью прибора UCoMP. Вторая — метод, известный как инверсия IQUD. Вместе они позволили использовать данные оригинального прибора CoMP за 14 октября 2016 года и UCoMP за 1 июня 2022 года, чтобы вытащить информацию из волн, распространяющихся через корону.

Ведущий автор работы Алин Параскив из NSF NSO описывает это так: впервые появилась возможность увидеть скрытую магнитную структуру Солнца в трех измерениях, не создавая новый наземный или космический инструмент, а расшифровывая свет и волны, которые корона уже излучает.

Как это работает, если объяснять просто

В короне распространяются альвеновские волны — колебания плазмы, направление и скорость которых зависят от магнитного поля. Наблюдая за этими волнами спектрополяриметрически, можно оценить проекцию поля на плоскость неба. Метод IQUD добавляет к этому данные о поляризации света (параметры Стокса I, Q, U) и восстанавливает полный вектор поля, включая компоненту вдоль луча зрения.

В опубликованной работе есть важная оговорка: начальные карты имеют ограничения. В частности, инверсия возвращает решения с неоднозначностью знака для компонент поля вдоль луча зрения и вертикальной компоненты. Для визуализации эту неоднозначность разрешали качественно, с помощью алгоритма, который стремится к пространственной согласованности соседних пикселей. Авторы подчеркивают, что это не заменяет полноценного физического метода устранения неоднозначности. Иными словами, метод работает, но его еще предстоит довести до уровня рутинного инструмента.

Почему это важно за пределами физики Солнца

Корональные выбросы массы — главный источник экстремальной космической погоды. Их прогнозирование упирается в понимание того, как энергия накапливается и высвобождается в магнитном поле короны. До сих пор модели этого поля строились в основном на экстраполяции данных с поверхности Солнца вверх, в корону. Прямые измерения в короне могли бы дать независимую проверку и уточнение этих моделей.

Именно поэтому команда сделала программное обеспечение для анализа и наборы данных открытыми. Они надеются, что сообщество протестирует метод, найдет слабые места и доработает его. Следующий шаг — интеграция в оперативные конвейеры обработки данных, в частности в будущую сеть обсерваторий COSMO, которая придет на смену нынешней MLSO .

Том Бергер, директор MLSO, отметил, что данные обсерватории становятся первопроходцем для развития возможностей прогнозирования солнечных извержений, а сеть COSMO с ее коронографами позволит получать новые наблюдения магнитного поля Солнца, заполняя критический пробел в наблюдениях за драйверами космической погоды .

Пока это не готовый продукт, а доказательство того, что подход работает. Но если метод выдержит проверку сообществом, у прогнозов космической погоды появится слой данных, которого у них раньше не было: прямое измерение того, что происходит в магнитноq архитектуре короны, а не только на ее видимой поверхности.

Итоги работы ученых опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Изображение на обложке: разработано Мagnific.