100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ученые разработали новый метод определения вспышек на Солнце

Солнечные вспышки: новый метод «прогноза по фотографии»

—> +7 926 604 54 63 address
NASA/SDO. ‘ >  Солнечная вспышка — снимок Обсерватории солнечной динамики (SDO) NASA, 2 октября 2014 г. <i data-lazy-src=

double-arc instability triggering solar flare

Предполагаемая схема возникновения вспышки при изменении топологии магнитных линий из-за неустойчивости. Kusano et al., Science 369(6503), 587 (2020).

Согласно некоторым моделям, солнечные вспышки происходят, когда множество магнитных линий объединяются в одну крупную петлю. Эти события хаотичны и могут вызываться триггерами вроде попадания одной космической частицы на поверхность в нужном месте и в нужный момент — ситуация здесь аналогична, например, сходу лавины, который может инициироваться самым незначительным событием (как известно туристам, таким событием может стать даже громкий крик в горах, если сочетание остальных факторов «благоприятствует»). Предложенный новый метод прогноза вспышек предполагает использование спутниковых снимков для обнаружения таких зон на поверхности Солнца, где условия благоприятствуют магнитному пересоединению, а следовательно, формированию вспышки. Эти условия также могут определить размер потенциальной вспышки. С точки зрения теории динамических систем речь здесь идёт об определении условий неустойчивости конфигурации магнитных линий, в результате которой происходит их «пересоединение» с изменением топологии системы — это так называемый «механизм неустойчивости двойной дуги» (double-arc instability). Отметим, что в современной литературе это только один из нескольких предложенных теоретических сценариев динамической неустойчивости в солнечной короне.

Астрофизики проанализировали спутниковые данные по 9 наиболее крупным солнечным вспышкам (вспышкам класса X), произошедшим на протяжении двух последних циклов солнечной активности и конфигурациям магнитных линий в «активных» зонах Солнца. Такой апостериорный анализ показал, что 7 из этих вспышек можно предсказать исключительно на основе анализа спутниковых данных.

X class solar flare by SDO

Солнечная вспышка класса X (ультрафиолетовый диапазон) на краю диска. Снимок Solar Dynamics Observatory (SDO) 7 марта 2012 года. NASA’s Goddard Space Flight Center/SDO.

Исследователи разработали новый детектор для наблюдения за солнцем

детектор

Ученые из МФТИ разработали прототип нового детектора солнечных частиц. Прибор способен улавливать протоны и электроны с кинетическими энергиями 10–100 МэВ и 1–10 МэВ соответственно. Они составляют основную часть потока высокоэнергетичных частиц от Солнца. Прибор поможет улучшить защиту кораблей и космонавтов от радиации, а также подробнее изучить природу солнечных вспышек. Результаты опубликованы в журнале Journal of Instrumentation.

В результате процессов преобразования энергии, происходящих в активных областях солнечной атмосферы, появляются потоки частиц или солнечных космических лучей с энергиями от десятков кэВ до нескольких ГэВ. Наиболее многочисленными частицами являются электроны и протоны. Также есть и более тяжелые ядра от гелия до железа, но в гораздо меньших количествах. Согласно современным представлениям, потоки частиц делятся на две основные группы. Первая — импульсные вспышки длиной от нескольких десятков минут до нескольких часов представляют собой узкие струи, в которых преобладают электроны. Вторая — вспышки с широкими ударными волнами, длящиеся до нескольких дней и содержащие в основном протоны с примесью некоторых тяжелых ядер. Несмотря на большое количество данных от солнечных спутников, некоторые фундаментальные вопросы остаются без ответа. Например, как именно ускоряются частицы в импульсных и длительных солнечных вспышках, какова роль магнитного пересоединения в ускорении частиц и выходе из короны, как и где формируются зародышевые популяции частиц для дальнейшего ускорения на ударных волнах. На эти вопросы помогут ответить новые типы детекторов частиц. Они также помогут предугадать потоки опасных для космонавтов протонов по первой волне электронов и продумать защитные протоколы для подобных случаев.

Читайте так же:
Почему в России обручальное кольцо носят на правой руке? Причины, фото и видео

Авторы разработали прототип детектора высокоэнергетичных частиц. Прибор состоит из нескольких полистироловых дисков, подключенных к фотодетекторам. Проходя через слои полимера, частица теряет часть кинетической энергии, которая переходит в световую. Этот свет улавливается кремниевым фотодетектором, и сигнал анализируется компьютером.

Александр Нозик , старший научный сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ, руководитель исследования, рассказывает: «Сама концепция пластиковых сцинтилляционных детекторов не нова, такие детекторы повсеместно используются в наземных экспериментах. А вот использование сегментированного детектора в совокупности с разработанными нами математическими методами реконструкции позволило достигнуть выдающихся результатов».

Часть работы была посвящена определению оптимальной геометрии сегментов детекторов. При увеличении диаметра дисков растет количество анализируемых одновременно частиц, однако растет и масса прибора, что повышает стоимость его доставки на орбиту. Также при увеличении диаметра ухудшается разрешение диска. Чем тоньше каждый диск, тем точнее он может определить энергию протона и электрона, однако большое количество тонких дисков требует большого числа фотодетекторов и громоздкой электроники. Для подбора оптимальных параметров ученые использовали методы компьютерного моделирования. В итоге они собрали достаточно компактный для доставки в космос прибор — цилиндр диаметром 3 см и высотой 8 см. Детектор разделен на 20 полистироловых дисков, что обеспечило приемлемую точность прибора выше 5%. Датчик способен работать в двух разных режимах: регистрация одиночных частиц при потоке менее 10 5 частиц в секунду и интегральный режим при более интенсивном излучении. Во втором случае используется разработанный авторами метод анализа распределений частиц, не требующий высоких вычислительных мощностей.

детектор

Прототип прибора. 1 — тело детектора, состоящее из сцинтилляционных шайб, 2 — оптоволокно в защитной оболочке, 3 — платы управления напряжением смещения и сбором данных, разработанные в ОИЯИ, 4 — корпус и стойка прототипа (для наземных исследований). Предоставлено авторами.

Читайте так же:
Гепард - Описание, скорость, происхождение, питание, подвиды, где обитает, фото и видео

«Наш прибор показал отличные результаты в лабораторных тестах. Дальше мы планируем разработать новую электронику, пригодную для работы детекторов в космосе. Кроме того, конструкция детектора будет адаптирована к требованиям космического корабля, мы улучшим массогабаритные характеристики и добавим боковое экранирование. Также планируется разработать более тонкую сегментацию для детектора, чтобы обеспечить точное измерение спектра электронов с энергией порядка 1 МэВ», — дополняет Егор Стадничук , сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ.

Работа проводилась по заказу Института космических исследований РАН при финансовой поддержке Российского научного фонда. Сам детектор был изготовлен в Институте ядерных исследований РАН.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Российские ученые разработали новый прибор для наблюдения за Солнцем

В процессе преобразования энергии в активных областях солнечной атмосферы появляются потоки частиц с энергиями от десятков килоэлектронвольт до нескольких гигаэлектронвольт. В основном солнечные частицы — это электроны и протоны, но есть и более тяжелые ядра, от гелия до железа.

Несмотря на большое количество наблюдений солнечных спутников, ученые до сих пор многого не знают о порожденных Солнцем космических лучах. Например, неизвестно за счет чего ускоряются частицы при солнечных вспышках, какова роль магнитного пересоединения в ускорении частиц и выходе из короны, как и где формируются зародышевые популяции частиц для дальнейшего ускорения на ударных волнах.

На эти вопросы поможет ответить новый детекторов солнечных частиц, разработанный учеными из МФТИ в сотрудничестве с коллегами из Института ядерных исследований РАН и Института космических исследований РАН. Прибор способен улавливать протоны и электроны с кинетическими энергиями 10–100 МэВ и 1–10 МэВ соответственно. Они составляют основную часть потока высокоэнергетичных частиц от Солнца.

Детектор состоит из нескольких полистироловых дисков, подключенных к фотодетекторам. Проходя через слои полимера, частица теряет часть кинетической энергии, которая переходит в световую. Этот свет улавливается кремниевым фотодетектором, а сигнал анализирует компьютер.

"Сама концепция пластиковых сцинтилляционных детекторов не нова, такие детекторы повсеместно используются в наземных экспериментах, — приводятся в пресс-релизе слова руководителя исследования Александра Нозика, старшего научного сотрудника лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ. — А вот использование сегментированного детектора в совокупности с разработанными нами математическими методами реконструкции позволило достигнуть выдающихся результатов".

Читайте так же:
Как заправляют самолеты

Часть работы посвящена определению оптимальной геометрии сегментов детекторов. При увеличении диаметра дисков растет количество анализируемых одновременно частиц, однако растет и масса прибора, что повышает стоимость его доставки на орбиту. Также при увеличении диаметра ухудшается разрешение диска. Чем тоньше каждый диск, тем точнее он может определить энергию протона и электрона, однако большое количество тонких дисков требует большого числа фотодетекторов и громоздкой электроники.

Для подбора оптимальных параметров ученые использовали методы компьютерного моделирования. В итоге они собрали достаточно компактный для доставки в космос прибор — цилиндр диаметром три и высотой восемь сантиметров.

Датчик способен работать в двух разных режимах: регистрировать одиночные частицы при потоке менее 105 частиц в секунду и в интегральном режиме при более интенсивном излучении. Во втором случае разработанный авторами метод анализа распределений частиц не требует высоких вычислительных мощностей.

"Наш прибор показал отличные результаты в лабораторных тестах, — говорит еще один автор статьи Егор Стадничук, сотрудник лаборатории методов ядерно-физических экспериментов МФТИ. — Дальше мы планируем разработать новую электронику, пригодную для работы детекторов в космосе. Кроме того, конструкция детектора будет адаптирована к требованиям космического корабля — мы улучшим массогабаритные характеристики и добавим боковое экранирование. Также планируется разработать более тонкую сегментацию для детектора, чтобы обеспечить точное измерение спектра электронов с энергией порядка 1 МэВ".

Иркутские ученые получили грант на изучение сейсмологии вспышек на Солнце

Иркутские ученые получили грант на изучение сейсмологии вспышек на Солнце

Ученые Института солнечно-земной физики СО РАН одержали победу в конкурсе грантов Российского научного фонда. И получили грант в размере шесть миллионов рублей на 2021-23 годы на проект «Сейсмология вспышечных областей на Солнце».

Над проектом работают Алексей Кузнецов, Елена Куприянова. Роберт Сыч, группой руководит Валерий Накаряков. В рамках своей работы ученые рассчитывают разработать и развить новые методы получения информации о характеристиках вспышечных областей на Солнце:

— Процессы вспышечного энерговыделения являются самыми мощными процессами в Солнечной системе, они тесно связаны с потенциально опасными геоэффективными событиями – корональными выбросами массы и солнечными космическими лучами. Мы работаем над созданием надежных моделей энерговыделения в самых мощных вспышках, что принципиально важно для получения достоверного прогноза явлений космической погоды.

Полученные результаты создадут задел для интерпретации результатов, которые планируется получить с помощью Сибирского радиогелиографа, модифицируемого РАТАН-600, а также международного космического проекта Solar Orbiter Европейского космического агентства. Эти объекты начнут работать в Сибири в рамках крупного проекта по строительству Национального гелиогеофизического комплекса СО РАН. Работа поможет и предсказывать экстремальные события космической погоды.

Читайте так же:
Древние идолы, амазонки, пещерные львята и другие невероятные находки, сделанные в Сибири: разъясняем вопрос

В ходе работы над проектом ученые планируют разработать и применить новые методы диагностики плазмы и магнитного поля в плазменных структурах короны Солнца по наблюдаемым в них волновым процессам. Речь идет о волнах магнитогидродинамического типа, с периодами от примерно одной секунды до нескольких минут и с длинами волн от сотен километров до нескольких тысяч километров. Это поможет получить уникальные данные об основных физических параметрах в плазменных петлях короны Солнца, основанные на наблюдении их колебательных движений. Кроме того, запланированы исследования физических процессов, ответственных за развитие вспышки вдоль нейтральной линии магнитного поля, и их связи со скоростью выделения энергии в самых мощных двухленточных вспышках.

Валерий Накаряков напоминает, что до сих пор ученые пытаются понять физические механизмы инициации и развития солнечных вспышек. Сюда относятся процессы накопления магнитной энергии и ее импульсного выделения во время развития вспышки, процессы ускорения частиц, нагрева вспышечной плазмы.

— Огромное значение во вспышечных процессах имеет структурирование и филаментация корональной плазмы, приводящие, в частности, к образованию корональных петель и других структур, которые играют роль волноводов для магнитогидродинамических (МГД) волн. Последние, наряду с ускоренными частицами и эволюцией магнитного поля, являются одним из основных агентов переноса энергии в солнечной атмосфере. МГД волны пронизывают всю солнечную атмосферу, вмешиваясь даже в такие мощные процессы, как солнечные вспышки. Эти волны могут быть триггером процессов вспышечного энерговыделения и ускорения частиц, могут и эффективно модулировать эти процессы. Свойства МГД волн зависят от параметров среды, где они распространяются, и тем самым дают нам эффективный инструмент диагностики плазмы, называемый МГД-сейсмологией. Благодаря этому диагностическому инструменту, у нас есть возможность получать количественную информацию о тех параметрах корональной плазмы, которые сложно или невозможно измерить другими способами, например, параметры скрученности магнитоплазменных петель.

По материалам пресс-службы ИСЗФ СО РАН

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию