Солнечные бури оставляют след в потоке высокоэнергетических космических лучей
Учёные обнаружили неожиданный эффект взаимодействия солнечных бурь с высокоэнергетическими космическими лучами, достигающими Земли. Исследование показало, что солнечные выбросы плазмы способны оставлять заметный след в потоке частиц, приходящих из глубин Галактики, что ранее считалось маловероятным для столь энергичных космических лучей.
Работа выполнена с использованием данных одной из крупнейших в мире установок для регистрации космических лучей — обсерватории Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), расположенной в Китае.
Земля постоянно подвергается бомбардировке заряженными частицами из космоса. Эти частицы имеют два основных источника: галактические космические лучи, приходящие из разных направлений Вселенной, и частицы, выбрасываемые Солнцем во время солнечных бурь. Последние представляют собой мощные выбросы плазмы, сопровождающиеся магнитными структурами, которые могут влиять на околоземное пространство.
До недавнего времени считалось, что влияние солнечных бурь ограничивается в основном низкоэнергетическими космическими лучами, поскольку более высокоэнергетические частицы обладают достаточной энергией, чтобы практически не отклоняться под воздействием магнитных полей. Однако новое исследование поставило это предположение под сомнение.
Группа исследователей под руководством Давида Руффоло из Университета Махидол в Таиланде проанализировала данные LHAASO, регистрирующей сотни миллионов космических лучей в час в тераэлектронвольтном диапазоне энергии. Это примерно в десять тысяч раз выше энергий, на которые, как считалось ранее, могут влиять солнечные бури. Основная сложность заключалась в том, что изменения атмосферных условий могут имитировать колебания потока частиц, поэтому учёные сосредоточились не на общем количестве частиц, а на их направлении прихода.
Анализ события солнечной бури, произошедшей в ноябре 2021 года, выявил выраженную анизотропию потока космических лучей. В течение нескольких часов наблюдалось заметное снижение числа частиц, приходящих из северо-восточной части неба по сравнению с другими направлениями.
Для объяснения этого эффекта исследователи предложили модель, согласно которой передний край выброса плазмы содержал области сильной магнитной турбулентности. Эти структуры эффективно рассеивали космические лучи, движущиеся в сторону Солнца, что приводило к асимметрии их распределения при достижении Земли.
Полученные результаты указывают на то, что космические лучи могут использоваться как новый инструмент дистанционного зондирования внутренних магнитных структур солнечных бурь. В отличие от космических аппаратов, которые измеряют параметры плазмы только в одной точке пространства, космические лучи позволяют получать информацию о значительно более широких областях.
Авторы исследования отмечают, что использование глобальных детекторных сетей, подобных LHAASO, может в будущем позволить формировать более полную картину приближающихся солнечных бурь. Это, в свою очередь, потенциально улучшит прогнозирование их воздействия на спутники, энергетические системы и средства связи на Земле.
Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.