Компьютерная модель фиксирует весь жизненный цикл солнечных вспышек

Получившийся результат станет основой для будущих моделей Солнца, чтобы реалистично имитировать солнечную погоду в реальном времени, включая появление горячих солнечных пятен, которые иногда вызывают вспышки и выбросы корональной массы. Эти извержения могут иметь широкое воздействие на Землю, от разрушения электросетей и связи до повреждения спутников и угрозы для космонавтов.
Ученые из Национального центра атмосферных исследований (NCAR) и Лаборатории солнечной астрофизики Lockheed Martin руководили исследованиями. Новый комплексный симулятор фиксирует формирование солнечной вспышки более реалистичным способом, чем предыдущие попытки, и включает в себя спектр излучения света, который связан со вспышками.

«Эта работа позволяет нам объяснить, почему вспышки так выглядят на всех длинах волн: на видимой длине волны, в ультрафиолетовой и экстремальной ультрафиолетовой длинах волн, а также в рентгеновских лучах», - комментирует Марк Чеунг, штатный физик в Лаборатории солнечной астрофизики Lockheed Martin и приглашенный ученый в Стэнфордском университете. «Мы объясняем множество цветов солнечных вспышек».
Исследование финансировалось НАСА и Национальным научным фондом, который является спонсором NCAR.
Для нового исследования ученые построили солнечную модель нескольких областей Солнца, отражая сложное и уникальное физическое поведение каждой из них.
Полученная модель начинается в верхней части конвекционной зоны - примерно на 10 000 километров ниже поверхности Солнца, - поднимается через поверхность Солнца и извергается на 40 000 километров в солнечную корону. Различия в плотности газа, давлении и других характеристиках Солнца, представленных в модели, огромны.
Чтобы успешно смоделировать солнечную вспышку от возникновения до выброса энергии, ученым необходимо было добавить детальные уравнения в модель, которые позволят каждому региону внести свой вклад в развитие солнечной вспышки реалистичным образом. Но следовало соблюдать осторожность, чтобы не сделать модель чересчур сложной, с которой бесполезно работать с доступными суперкомпьютерными ресурсами.
Для решения проблем Ремпель позаимствовал математическую технику, используемую исследователями для изучения магнитосферы Земли и других планет. Техника позволила ученым сжимать разницу во временных масштабах между слоями без потери точности, благодаря чему исследовательская группа создала реалистичную и эффективную вычислительную модель.
Следующим шагом было создание сценария на моделируемом Солнце. Команда хотела увидеть, может ли их модель генерировать вспышку самостоятельно. Они начали с создания сценария, вдохновившись особенно активным пятном, наблюдавшимся в марте 2014 года. Пятно породило десятки вспышек пока было видимым, включая одну очень мощного X-класса и три умеренно мощных вспышки M-класса. Ученые не пытались точно имитировать пятно 2014 года; вместо этого они примерно указали солнечные компоненты, которые присутствовали в то время - и которые настолько эффективны при производстве вспышек.

«Наша модель смогла охватить весь процесс: от накопления энергии до появления на поверхности, затем подъема в корону, активизации короны, а после до момента, когда энергия высвобождается в солнечной вспышке», - сказал ученый NCAR Матиас Ремпель.
Теперь, когда модель показала, что она способна реально моделировать весь жизненный цикл вспышки, ученые собираются проверить ее на реальных наблюдениях Солнца и посмотреть, сможет ли она успешно смоделировать то, что действительно происходит на поверхности Солнца.