科学家开发出一种直接从太阳观测中预测地磁暴的方法

太阳上的冕洞，SDO / AIA。

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：斯科尔科沃科技学院）：斯科尔科沃科学技术研究所（俄罗斯）的科学家与莱布尼茨天体物理研究所（德国），格拉茨大学和Kanzelhöhe天文台（奥地利），萨格勒布大学和萨格勒布天文台（克罗地亚）的同事一起开发了一种直接从太阳观测中预测地磁暴的方法。

这些结果使得有可能将提前预警时间从几小时增加到几天，并保护太空和地球上工程系统的运行免受空间天气的影响。该研究发表在皇家天文学会的月刊上。

太阳风是电子、质子和氦原子核的流，永久地从太阳吹来，沐浴着地球和太阳系的所有行星。高速太阳风流起源于太阳上的日冕洞——太阳日冕中具有低密度等离子体的黑暗区域，磁场线自由地进入行星际空间，电离的原子和电子沿着它逃逸到行星际空间，在日冕中留下一个“洞”。

当快速的太阳风赶上并与由日冕的“平静”部分产生的更密集的慢速太阳风碰撞时，它会导致形成一个称为共转相互作用区域的巨型结构，它随太阳旋转。在几天内到达地球轨道，它会引起地磁风暴和极光。由于日冕洞可以在一次太阳自转中重新出现在我们面前，来自日冕洞的快速太阳风会导致反复出现的地磁风暴和极光，每27天重复一次。

太阳风从太阳到地球的传播时间大致在一到五天之间，这为预警创造了一个自然的提前期。然而，行星际扰动的磁性结构，特别是驱动风暴的行星际磁场的向南部分，目前无法从太阳观测中确定，这极大地限制了提前几天预测风暴的可能性。

目前的地磁风暴预测方法主要受到基于对靠近地球的拉格朗日点L1的太阳风和行星际磁场的测量的短期预报的限制，提前时间为数小时。

一个国际科学家小组解决了空间天气应用的一个非常重要的问题 - 高速太阳风流引起的地磁风暴是否可以直接从太阳观测中预测 - 并提出了利用来自太阳日冕洞的信息进行地磁风暴预测的新颖而成功的尝试。

这些结果使预测的准备时间从几小时延长到几天，这对于近地环境和其他空间天气应用中的空间天气条件预警非常重要。

“我们建立了卫星图像得出的太阳日冕洞区域与L1太阳风速之间的经验关系;太阳光球遥感磁场图与L1原位测量之间;以及冕洞区域，太阳相应磁场和地磁指数之间，“该研究的第一作者Simona Nitti说，她是Skoltech硕士毕业生，目前正在英国莱斯特大学攻读博士学位。

“我们发现，从太阳传播到地球的冕洞磁场在80%以上的情况下被保留下来。这为使用来自太阳观测的磁场而不是L1的磁场提供了可能性。此外，为了改进预测，我们将行星际磁场向南分量的季节性变化纳入了地磁活动的预测模型。

“我们的研究代表了模拟地磁活动和解释观测到的地磁活动指数变化的一大步。我们认为向南的行星际磁场（IMF）是地磁活动的重要驱动力。由于这个磁场分量Bs在被IMF极性分开时显示出一对眼镜图案：当IMF指向/远离太阳时，磁场在春季/秋季增强，在秋季/春季减少，我们将这种形式纳入我们的预测模型中。由于我们已经使用了有关冕孔的信息，并且每个日冕孔都具有一定的极性，因此对于给定的极性使用适当的Bs模式至关重要，“研究合著者Mario Bandić博士说。

“通过这种方式，我们打破了将地磁指数中的变化解释为'罗素-麦克弗伦效应'的常见做法，并考虑了卫星数据所揭示的由极性分隔的B的形式。来自 Russell-McPherron 模型的 B 的极性场在一年中的一半时间是未定义的：对于指向太阳的 IMF，B 在秋季为零，对于指向远离太阳的 IMF，B 在春季为零。以极性场的实际形式作为输入，使我们能够获得相当准确和可靠的预测模型。

“地磁风暴的强度取决于太阳风的性质以及太阳风拖到行星际空间的'冻结'太阳磁场。然而，太阳风和任何风一样，是反复无常和不稳定的，这使得预测其特性具有挑战性，“Skoltech数字工程中心副教授，研究合著者Tatiana Podladchikova说。

“我们基于使用来自太阳冕洞的信息的方法为直接来自太阳观测的地磁风暴预测开辟了新的篇章，将预测的准备时间从几小时延长到几天，这对于保护太空和地面基础设施以及推进太空探索至关重要。无论风暴如何肆虐，我们都祝愿太空中的每个人都有好天气。