Pogoda kosmiczna na Ziemi uzależniona jest głównie od burz magnetycznych i emisji energetycznych cząstek, w obu przypadkach wywoływanych przez silnie przyśpieszone strumienie słonecznych protonów i jonów. Takie rozpędzone do znacznych prędkości przepływy plazmy nazywane są strumieniami cząstek wysokoenergetycznych (ang. Solar Energetic Particles, SEP).
Sama ich emisja może być efektem dwóch różnych zjawisk: rekoneksji, czyli nagłych zmian geometrii słonecznych pól magnetycznych, obserwowanych ostatecznie w postaci rozbłysków słonecznych, lub bardziej powolnych wyrzutów cząstek energetycznych związanych z ich przyśpieszaniem w silnych falach uderzeniowych (szokach) towarzyszących koronalnym wyrzutom masy.
Badania obu tych zjawisk są bardzo istotne z punktu widzenia tego, jak pogoda kosmiczna wpływa na życie na Ziemi. Silne, stopniowo narastające i długotrwałe zdarzenia związane z emisją SEP są pod tym względem szczególnie interesujące, ponieważ łączne przybycie w okolice Ziemi koronalnego wyrzutu masy, szoku plazmy słonecznej i zwiększonego strumienia cząstek słonecznych może powodować uszkodzenia satelitów w przestrzeni kosmicznej i różnych technologii stosowanych na powierzchni naszej planety. To za ich sprawą powstają piękne zorze polarne, ale także poważne zakłócenia w działaniu sieci elektrycznych i telekomunikacji (efekt Carringtona, 1859) pojawiające się w przypadku wyjątkowo silnych burz geomagnetycznych.
Literatura naukowa podaje kilka przykładów badań nad związkami między prędkościami koronalnych wyrzutów masy a pikowymi strumieniem powiązanych z nimi strumieni cząstek SEP. Naukowcy z OA UJ wykazali teraz, że ich nowatorska metoda oparta na wykorzystaniu tzw. prędkości chwilowych cząstek SEP pozwala na uzyskanie dużo bardziej precyzyjnych parametrów fizycznych ich emisji.
Uczeni posłużyli się w tym celu na obserwacjami koronalnych wyrzutów masy zarejestrowanych w pobliżu dwóch bliźniaczych satelitów STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory). Dodatkowe dane z instrumentów SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory), LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraphs) oraz SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation) posłużyły im do wyznaczenia ich parametrów kinematycznych. W badaniach wykorzystano również strumienie SEP obserwowane w trzech różnych zakresach energii przez satelitę GOES-13 (Geostationary Operational Environmental Satellite). W pracy omówiono też ich związek ze strumieniami pikowymi rentgenowskich rozbłysków słonecznych, które są związane z tymi dwoma zjawiskami.
Z badań wynika dosyć prosta zależność: jeśli tylko chwilowe prędkości danego strumienia pikowego cząstek SEP są dobrze określone (co ma miejsce aż do odległości równej około 10 promieniom Słońca), to maksymalny strumień powiązanego z nimi zjawiska emisji SEP można łatwo oszacować na bazie uzyskanego przez autorów pracy modelu empirycznego. Zdarzenia SEP związane z dyskiem i zachodnią częścią tarczy Słońca mogą przy tym wytwarzać najsilniejsze wyrzuty cząstek SEP, ponieważ te obszary Słońca są magnetycznie najsilniej połączone z Ziemią na skutek ruchu obrotowego Ziemi i Słońca.
Na zdjęciu: Koronalny wyrzut masy widziany przez satelitę Solar TErrestrial RElations Observatory (STEREO) Źródło: STEREO.
Dobra korelacja uzyskana dla strumieni protonów o energiach wyższych niż 10 MeV potwierdza z kolei hipotezę, że protony są przyspieszane głównie w falach uderzeniowych generowanych przez „szybkie” koronalne wyrzuty masy propagujące się w przestrzeni międzyplanetarnej. Cząstki o energiach większych niż 50 i 100 MeV są również przyspieszane przez te same fale uderzeniowe (szoki), ale za proces ich rozpędzania mogą też częściowo odpowiadać towarzyszące im rozbłyski słoneczne. Z kolei same rozbłyski i emisje energetycznych cząstek SEP są ze sobą dosyć słabo skorelowane. Wynik ten również wspiera hipotezę, zgodnie z którą to szoki napędzane koronalnymi wyrzutami masy są lepszymi generatorami przyśpieszenia cząstek energetycznych.
Czytaj więcej:
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska, Anitha Ravishankar
Źródło: OA UJ
Na fotografii powyżej: 23 stycznia 2012 roku instrument LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraphs umieszczony na pokładzie sondy SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory) zarejestrował koronalny wyrzut masy oraz związaną z nim emisję silnie przyśpieszonej plazmy złożonej z energetycznych cząstek słonecznych (SEP). Cząsteczki te pokazane są tutaj jako białe ziarna w polu widzenia; pojawiają się około 4 godziny po emisji koronalnego wyrzutu masy. Źródło: SOHO Observatory.
