Солнечные прорицатели

Солнечные вспышки можно сравнить с единовременным взрывом тысячи водородных бомб. Длятся они всего несколько минут, но их энергия может достигать 10³² эрг. Такой величины не получить, даже если сжечь все разведанные человечеством запасы нефти и угля – всё равно выйдет в сто раз меньше. Во время вспышки раскалённый шар испускает потоки заряженных элементарных частиц и электромагнитное излучение всех диапазонов, от рентгеновского и гамма-излучения до метровых радиоволн. Всё это приносит немало неприятностей нашей беззащитной планете: нарушается радиосвязь и навигация, возникают помехи в работе спутников, меняется погода, а многие земляне чувствуют недомогание.

Вспышки на ближайшей к нам звезде находятся под пристальным вниманием астрономов. Оптические телескопы на разных континентах отслеживают тонкие измерения магнитных полей на фотосфере, видимой поверхности светила. Спутники наблюдают в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах солнечную корону, верхнюю часть звёздной атмосферы, горячую и разреженную. Зафиксировав очередной взрыв на Солнце, учёные могут спрогнозировать магнитную бурю на родной планете, однако с предсказанием самих вспышек дела обстоят сложнее. Один из методов – отслеживать поляризацию солнечного радиоизлучения, то есть изменения вектора электрического (а соответственно – и магнитного) поля радиоволн.

– В активных областях на Солнце в преддверии вспышек начинает меняться поляризация радиоизлучения. Прямой стопроцентной зависимости тут нет, но сейчас эта идея начинает использоваться во всём мире. Наблюдая поляризованное излучение активных областей, мы видим, как живут магнитные поля в нижней короне над пятнами. Например, если спектр поляризации в коротковолновой части сантиметрового диапазона резко возрос – значит, восходит новый магнитный поток и могут возникнуть условия для генерации мощной вспышки, – рассказывает Владимир Богод, сотрудник САО РАН.

Сейчас уже считается доказанным, что в преддверии вспышек начинает меняться структура магнитного поля в активной области в широком интервале высот – от фотосферы до нижней короны. Это происходит по разным причинам. На изменение конфигурации магнитных полей могут влиять как собственные движения пятен, так называемой замагниченной плазмы, так и всплытие из-под фотосферы новых магнитных потоков. Обычно это магнитные поля с напряжённостью 2000–3000 гаусс. В результате трёхмерная магнитная структура активной области усложняется. В ней появляются перекрестия силовых линий разного направления, так называемые особые точки. Там происходит преобразование магнитной энергии в другие виды тепловой и нетепловой энергии, вплоть до выбросов энергичных частиц электронов и протонов. Все эти процессы проявляются в поляризованном радиоизлучении в широком диапазоне частот и во время вспышки, и до, и после неё.

Пример многоволновых наблюдений Солнца за первые дни марта. Несмотря на то, что в оптике сейчас Солнце спокойно, в радиодиапазоне активность присутствует и меняется изо дня в день, что указывает на активные процессы в нижней короне

Некоторые типы вспышек можно предсказать достаточно точно, другие – нет. В прошлый одиннадцатилетний цикл солнечной активности российские астрофизики уверенно предрекали около 85% вспышек. В нынешнем цикле излучение в его максимуме слабее и разнообразнее по проявлениям. В частности, недавно обнаружено, что и в слабых вспышках могут генерироваться протонные события, значительно влияющие на атмосферу Земли. Поэтому нужно создавать новые методики прогноза, которые адаптивно бы подстраивались под цикл активности.

Спектр поляризованного радиоизлучения необходимо регистрировать на всех частотах одновременно, так как процесс постоянно меняется и при последовательной регистрации частот единая картина попросту не сложится. Именно широта частотного спектра – одно из главных преимуществ радиотелескопа РАТАН-600 в Карачаево-Черкесии, где специально создан поляризационный спектрограф, мгновенно перекрывающий диапазон излучения от 750 мегагерц до 18 гигагерц.

Похожие исследования ведут не только в кавказской обсерватории. Есть проекты Frequency Agile Solar Radiotelescope в США и Chinese Spectral Radioheliograph в Китае. В Сибири пытаются провести модернизацию крупного радиогелиографа, хотя Владимир Богод считает РАТАН более перспективным по сочетанию параметров чувствительности, точности поляризации, перекрытия по частотному диапазону и детальности спектральных характеристик.

Один из лучших инструментов изготовили японцы в Обсерватории Нобеяма. Он обладает высоким пространственным разрешением (10 угловых секунд) на частоте 17 и 34 ГГц. Хозяева полностью оплачивают командировки иностранных учёных со всего мира, в том числе из России. Однако у этого телескопа нет спектра настолько широкого, как у кавказского, что осложняет изучение магнитной структуры активных солнечных областей.

РАТАН обладает многими бесспорными преимуществами, однако астрофизики жалуются на его ветхость. Идейно он не устарел, но техника требует обновления. Многие операции приходится выполнять вручную. По словам Владимира Богода, современное оборудование позволит в несколько раз поднять точность инструмента и по диапазону, и по возможностям слежения, а также в десятки раз сократить потребление электроэнергии благодаря замене старых энергозатратных приводов на экономичные. Также может быть повышен частотный диапазон телескопа. Предельную длину волны можно довести с 8 до 3 миллиметров. Инструменты с площадью несколько сот квадратных метров, способные вести наблюдения на таких частотах, в мире можно пересчитать по пальцам одной руки.

По мнению сотрудников обсерватории, модернизация телескопа может идти небольшими этапами в несколько десятков миллионов рублей. Первый значительный шаг составит 80–100 миллионов рублей, благодаря чему будет реализовано высокоточное слежение, необходимое для изучения как ближнего, так и дальнего космоса. Полная автоматизация будет стоить около полумиллиарда.

Strf.ru