Kas yra Vainikinės Masės Išmetimas (VMI)?
Vainikinės masės išmetimas (VMI), arba CME (Coronal Mass Ejection), yra milžiniškas saulės plazmos debesis, persmelktas magnetinio lauko linijų, kuris dažnai nupučiamas nuo Saulės stiprių, ilgalaikių saulės blyksnių ir gijų išsiveržimų metu. Šie galingi įvykiai yra pagrindinis stiprių geomagnetinių audrų šaltinis, todėl yra itin svarbu juos stebėti ir suprasti.
Kai Saulė nėra labai aktyvi, pavyzdžiui, Saulės minimumo metu, vainikinės masės išmetimas yra retas. Tokiais laikotarpiais per savaitę gali įvykti tik vienas vainikinės masės išmetimas.
VMI atradimas ir stebėjimas
Pirmasis šių dinamiškų įvykių įrodymas buvo gautas 1971-1973 m. erdvėlaivyje OSO 7 su vainikiniu aparatu atliktų stebėjimų metu. Vainikinės masės išmetimai yra labai silpni, todėl be specialios įrangos jų neįmanoma pastebėti.
Tam naudojami koronografai, kurie sukuria dirbtinį Saulės užtemimą, uždengdami Saulę nedideliu disku ir leisdami stebėti silpnesnę Saulės vainiko šviesą. Šiuolaikinės misijos, tokios kaip SOHO (Saulės ir Heliosferos observatorija) ir STEREO (Saulės ir Žemės ryšių observatorija), naudoja baltos šviesos koronagrafus, skirtus aptikti vainikinės masės išmetimą.
VMI susidarymas ir poveikis
Vainikinės masės išmetimas gali ištrūkti Saulės išsiveržimų metu, pavyzdžiui, saulės blyksnių ir gijų išsiveržimų metu. Tačiau svarbu pabrėžti, kad ne kiekvieną saulės įvykį lydi vainikinės masės išmetimas.
Tikėtina, kad stiprūs blyksniai (M ir X klasės) gali sukelti vainikinių masių išmetimą, nors retais atvejais net kai kurie B ar C klasės Saulės žybsniai sukelia masinius vainikinių spindulių išmetimus. Pastarieji dažnai būna tik nedideli įvykiai.
Kitas veiksnys, darantis įtaką VMI susidarymui, yra Saulės pliūpsnio trukmė. Pavyzdžiui, kai Saulės blyksnio didžiausias stiprumas yra X5 ir jo bendra trukmė yra dvi valandos, tuomet jį tikrai lydės ryškus, didelis ir greitas vainikinės masės išmetimas.
Priklausomai nuo išsiveržimo vietos, sprogimas gali nepataikyti į Žemę, būti iš dalies arba visiškai nukreiptas į Žemę. Į Žemę nukreiptas vainikinės masės išmetimas SOHO vaizduose atrodys kaip dalinis arba visiškas aureolės vainikinės masės išmetimas.
Kaip nustatyti, ar VMI nukreiptas į Žemę ir kada jis atvyks?
Nustačius Saulės įvykį, būtina išanalizuoti, ar jis sukėlė VMI, ar VMI nukreiptas į Žemę ir kada jis gali pasiekti mūsų planetą. Tam naudojami įvairūs diagnostikos ir stebėjimo metodai:
1. Protonų srauto monitorius
Specializuotose svetainėse galima rasti duomenų diagramas, rodančias ≥10 MeV saulės protonų kiekį, išmatuotą netoli Žemės. Per didžiulius Saulės sprogimus gali kilti Saulės spinduliuotės audra. Saulės protonai iššaunami į kosmosą ir ekstremaliais atvejais gali skristi greičiu, artimu šviesos greičiui.
Tai pirmosios dalelės, atkeliavusios į Žemę, todėl po didelio įvykio Saulėje labai greitai gali išsivystyti Saulės spinduliuotės audra. Šie Saulės protonai yra geras rodiklis, rodantis, kad įvyko Saulės įvykis, kuris greičiausiai sukėlė vainikinės masės išmetimą į kosmosą.
Vis dėlto, nors galime būti tikri, kad į kosmosą buvo paleistas vainikinės masės išmetimas, tai nėra idealus būdas nustatyti, ar jis nukreiptas į Žemę. Šios dalelės linkusios sekti tarpplanetinį magnetinį lauką - vadinamąją Parkerio spiralę. Pasitaiko atvejų, kai Žemėje stebima Saulės spinduliuotės audra, nors su tuo susijęs VMI neturi į Žemę nukreipto komponento. Tai dažnai nutinka per įvykius netoli vakarinės Saulės dalies, tačiau retais atvejais protonai pasiekia mūsų planetą net ir iš pagrindinių tolimųjų Saulės įvykių. Pavyzdžiui, 2000 m. liepos 14 d. įvykus dideliam X5.7 saulės blyksniui, buvo stebimas staigus ≥10 MeV saulės protonų kiekio padidėjimas, prasidėjęs tik praėjus 32 minutėms nuo blyksnio pradžios, ir greitai išsivystė stipri S3 saulės spinduliuotės audra.
2. SOHO/LASCO koronografijos vaizdai
Geriausias būdas įsitikinti, kad vainikinės masės išmetimas yra nukreiptas į Žemę, yra vaizdai, užfiksuoti LASCO C2 ir C3 koronagrafiniais instrumentais, esančiais SOHO (Saulės ir Heliosferos observatorijos) erdvėlaivyje. SOHO stebi Saulę iš Žemės perspektyvos, todėl galima lengvai nustatyti galimus į Žemę nukreiptus vainikinių masių išmetimus.
Į Žemę nukreipti VMI bus rodomi kaip daliniai arba pilni aureolės VMI, kai jie sklinda toliau nuo Saulės. Svarbu žinoti, kad vaizdai iš SOHO ne visada rodomi realiuoju laiku, ir dažnai naujų vaizdų tenka laukti kelias valandas. Dėl to gali praeiti šiek tiek laiko, kol tiksliai sužinosime, ar vainikinės masės išmetimas turi į Žemę nukreiptą komponentą.
Pavyzdžiui, vaizduose galima matyti VMI, kuris juda į šiaurę ir nepaveikia Žemės - tuomet nėra aureolės kontūro. Tačiau, jei matomas visas aureolės VMI, kurio kontūrai sudaro tobulą apskritimą, apimantį visą LASCO matymo lauką, tai reiškia, kad plazmos debesis yra nukreiptas tiesiai į mus arba tolyn nuo mūsų.
3. STEREO misijos vaizdai
Jei kyla abejonių dėl VMI krypties vien tik iš LASCO vaizdų, ypač jei nėra aiškių išsiveržimo požymių, naudinga pažvelgti į STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory) misijos vaizdus. STEREO misiją sudaro du erdvėlaiviai, pavadinti STEREO Ahead ir STEREO Behind, kurie stebi tolimąją Saulės pusę.
STEREO ir SOHO vaizdai kartu pateikia 3D VMI vaizdą ir leidžia tiksliau nustatyti, ar vainikinės masės išmetimas artėja link Žemės, ar tolsta nuo jos. Naudodamiesi visais SOHO ir STEREO misijų vaizdais, kosminių orų mokslininkai gali apskaičiuoti VMI greitį ir nustatyti numatomą atvykimo laiką (ETA).
4. SIDC CACTUS programinė įranga
Belgijos Solar Influences Data Analysis Center (SIDC) sukūrė CACTUS programą (Computer Aided CME Tracking), skirtą kompiuteriniam VMI sekimui. Ši programinė įranga automatiškai nuskaito vaizdus iš SOHO/LASCO, kad nustatytų, ar vainikinės masės išmetimas gali pasiekti Žemę.
CACTUS parodo, ar VMI yra visiškas ar dalinis aureolės išmetimas, ir nustato jo greitį, leidžiantį prognozuoti atvykimo laiką.
5. EPAM grafikas
EPAM (Electron, Proton, and Alpha Monitor) yra ACE palydovo instrumentas, matuojantis elektronus ir protonus, kuriuos siunčia Saulės vėjas. Tai labai naudinga priemonė, leidžianti sužinoti, ar VMI yra nukreiptas į Žemę ir kada jis ją pasieks.
Kai Saulėje įvyksta didžiulis sprogimas, elektronai ir protonai išmetami į kosmosą kartu su Saulės vėjo srautu. Iškart po įvykio, kai prasideda vainikinės masės išmetimas, EPAM diagrama parodo mažos energijos elektronų padidėjimą, kuris žymi pliūpsnio pradžią. Mažos energijos protonų diagrama taip pat rodo nuolatinį kilimą, o tai dažnai rodo, kad dalis VMI yra nukreipta į Žemę.
VMI atvykimo laiko prognozavimas
Kai žinomas vainikinės masės išmetimo greitis, galima prognozuoti, kada jis gali atvykti į Žemę. Tačiau šios prognozės yra tik orientacinės, kadangi VMI gali sulėtėti kelionės metu. Įprasta, kad VMI atvyksta anksčiau arba vėliau nei numatytas atvykimo laikas, kartais skirtumas siekia 6 ar daugiau valandų.
Dauguma vainikinės masės išmetimų sudaro smūgio bangą prieš patį plazmos debesį, o tai pagreitina protonus, kuriuos galima išmatuoti naudojant ACE EPAM prietaisą. Stebint protonų kreivę, galima atskirti kelias fazes:
- Pradžios fazė: Pirmasis kreivės pakilimas iškart po Saulės pliūpsnio.
- Didėjimo fazė: VMI artėjant, protonų lygis lėtai kyla.
- Smūgio banga: Likus kelioms valandoms iki tikrojo VMI atvykimo, atsiranda naujas, staigesnis pakilimas, rodantis, kad VMI netrukus pasieks DSCOVR palydovą.
Kai EPAM pakilimas yra didžiausias, tai rodo, kad vainikinės masės išmetimas pasiekė DSCOVR palydovą. Tuomet Saulės vėjo ir tarpplanetinio magnetinio lauko duomenys aiškiai parodo VMI atvykimą. Po VMI protonų lygis pamažu krinta iki normalių verčių, nebent, žinoma, pakeliui į Žemę įvyktų kitas vainikinės masės išmetimas. Svarbu atkreipti dėmesį, kad lėtas ir silpnesnis VMI kartais nestumia priešais save smūgio bangos.
NASA | Kuo skiriasi CME ir saulės žybsniai
tags: #koronines #mases #ismetimas