一种预测大太阳耀斑的新方法

太阳风暴对社会构成了风险,但不久将出现更准确的太空天气预报。日本的一组研究人员开发了一种基于物理学的方法来预测大型太阳耀斑,包括强大的和潜在危险的X耀斑。

太阳的特写镜头图象与大火光的在一部分上。

在左上角,您会看到2012年3月7日太阳边缘出现了X级太阳耀斑,是当太阳仍升到最近11年太阳周期的最高峰时捕获的(周期24)。这样的X耀斑有可能将带电粒子流发送到地球,这可能会破坏地球技术。图片通过 美国宇航局’的戈达德太空飞行中心/美国宇航局’的太阳动力学天文台(SDO).

去年夏天,太阳物理学家 草野宽弥 日本及其同事 已发表 著名期刊上的一篇新论文 科学,概述了预测潜在危险的新方法 太阳耀斑。该方法是’完美使用2008年至2019年获得的太阳观测进行的测试导致了一些假阴性和假阳性。然而,令人印象深刻的是,该方法成功地预测了九个最大的X级耀斑中的七个–最强大的太阳耀斑–从最后一个太阳周期开始。该方法还提供了每个爆发的确切位置,并设置了爆发强度。 格雷厄姆·琼斯(Graham Jones) –谁住在日本–有机会就此工作采访了Kunya Kusano。他的采访在下面。

关于太阳耀斑。它们是太阳表面强烈的高能辐射的短暂爆发。它们与黑子有关, 冠状物质抛射 和太阳在其11年周期中活跃度高的其他迹象。 当前周期– Cycle 25 – has now begun,科学家说。太阳下​​的活动创造了什么’s known as 太空天气。准确预测太空天气非常重要,因为大的太阳耀斑会使带电粒子飞向地球,并导致我们的电网中断以及在轨卫星的干扰。

了解何时以及为何发生这些强大的太阳耀斑一直是天体物理学中的艰巨挑战。由于科学家试图了解太阳耀斑及其产生的日冕物质抛射的确切物理原理,因此许多工作都建立在理论数学模型上。所有这些工作 预测的最终目标 太阳下​​的暴风雨。

是什么导致草野’s team’s方法的不同之处在于’s 物理,而不是基于模型。换句话说,这些科学家使用了NASA’的太阳动力学天文台(SDO)数据以制作3D图片– a magnetic map – of the sun.

他们的方法为太阳耀斑预测研究开辟了新的方向。草野在下面谈到了他们的工作。

一个微笑和小巧的日本人,戴着眼镜,穿着一套西装。

草野宽弥太空地球环境研究所 在名古屋大学。他和他的团队开发了一种基于物理学的模型来预测即将到来的大太阳耀斑。图片通过 名古屋大学.

琼斯: 什么是太空地球环境研究所?’s 您r role?

草野: 人类环境如此之广,甚至传播到太空中。我们的研究所成立于2015年,旨在将空间科学和地球科学相结合。我的背景是天体物理学,但是我曾经在日本海洋地球科学技术局工作,在那里我开发了云层和降雨的模拟。一世’我是一位理论家,但我总是尝试将理论应用于某种实际利益。空间天气预报是应将基础科学与实际应用相结合的领域。

琼斯: 什么 太阳耀斑,科学家为什么要研究它们?

草野: 太阳耀斑是太阳上的一种爆炸。驱动力是储存在阳光下的能量’的磁场。磁能在很长一段时间内逐渐积累,然后突然以辐射和辐射的形式释放出来。 高能粒子.

It’就像山上的雪崩:积雪持续了好几天,直到雪崩释放出重力。

我们要研究太阳耀斑的第一个原因是,突然发生的现象是非常有趣的科学学科。是什么决定爆炸的发生?一种 台风它是从低压系统迅速增长的,是大气系统爆炸的另一个例子。

第二个原因是 保护 我们的社会。太阳耀斑的分布类似于地震:我们有许多小太阳耀斑,而大太阳耀斑则非常罕见。但是,当爆发大火时,对我们的经济和社会的影响可能是巨大的。卫星可能会损坏,电网可能会在很大的范围内损坏。

减轻这种影响的唯一方法是预测。

琼斯: 为什么花这么长时间才想出一种预测太阳耀斑的方法?

草野: 太阳耀斑是在1859年由 理查德·卡林顿,英国天文学家。人们研究它们超过100年。

但是在过去的两到三十年中,由于通过卫星进行的高分辨率观测,我们的知识得到了极大的改善。我们现在了解到,太阳耀斑是磁能的爆炸。

但是,由什么决定何时发生太阳耀斑?那仍然是一个神秘的问题。

琼斯: 您如何解决这个问题?

草野: 美国宇航局’的太阳动力学天文台(SDO)卫星在太阳表面提供磁数据。无法直接观察三维磁场,因此我们开发了可以从表面数据计算三维磁场的软件。然后我们将其与理论相结合。磁场的不稳定性是由磁力重新连接触发的,其中磁力线会相互交换。如果我们发现某个位置,少量的磁重新连接会触发不稳定性,那么我们可以预测应该从那里开始大的耀斑。它类似于雪崩。如果山上有厚厚的积雪,理论可以告诉我们裂缝有多小会在任何位置引发雪崩。

现在通过SDO查看太阳

琼斯: 您的 最新论文 是概念的证明。您需要多长时间才能开始定期进行太阳耀斑预报?

草野: 目前,我们的方案需要进行大量的计算。我们在日本这里使用超级计算机。但是,为了产生一个预测,需要三个小时以上的计算。获取SDO卫星数据还需要花费多个小时的时间。为了使我们的方法可用于创建实际的太阳耀斑操作预测,我们必须加快数据采集和计算的速度。

我相信,在几年内,我们可以使用我们的计划做出某种运营预测。

琼斯: 许多人担心太阳耀斑还会以影响我们地球技术的方式发生–另一个事件 卡灵顿事件,是有史以来最大的太空超级风暴–它是在1859年发生的,电网和绕地球运行的卫星对这些事件非常敏感之前就曾发生过。做 担心发生大太阳耀斑?

草野: 我做。我担心一个极端事件。我们希望保护我们的社会免受空间天气灾难的影响。我们的计划可以在爆发开始前几个小时预测一次太阳耀斑,但我们无法预测下周出现一次太阳耀斑。

在我们的社会中,有许多这类风险我们应该关注。也许科学是思考它们的唯一方法。

琼斯: 谢谢草野医生。

两个半球,一个在左侧,上面有黄色斑点和弧形飞溅,一个在右侧,非常平整。

太阳的活动周期大约为11年,从最安静的时期开始定期移动– 太阳最低 – to its most active – 太阳最大 –然后回到安静。这张分裂的图像显示了太阳最大时的活跃太阳(左侧,2014年4月捕获)与太阳最小时的安静太阳(右侧,2019年12月捕获)之间的差异。 2019年12月标志着 太阳周期25,太阳的活动将再次加速直至达到2025年的太阳最大值。 美国宇航局/太阳动力学天文台。

底线:日本的一组研究人员开发了一种基于物理学的方法来预测大型太阳耀斑,包括强大的和潜在危险的X耀斑。这些耀斑在阳光下–及其导致的日冕物质抛射–给地球技术带来风险。对耀斑的准确预测一直是一个挑战,但是这种新方法似乎为创建更准确的太空天气预测提供了飞跃。

资料来源:一种基于物理学的方法,可以预测即将到来的大太阳耀斑

阅读更多:NASA太阳数据有助于新模型预测大太阳耀斑

阅读更多:我们现在可以在危险的太阳耀斑发生的前一天预测它们

阅读更多:另一场卡林顿赛事的可能性有多大?

格雷厄姆·琼斯(Graham Jones)