Используя суперкомпьютеры, исследователи разработали новое программное обеспечение для более точного прогнозирования космической погоды.
Поверхность Солнца часто выбрасывает на Землю массы сильно намагниченной плазмы. Иногда эти выбросы бывают достаточно сильными, чтобы пробить магнитосферу - естественный магнитный экран, который защищает Землю, - нанося вред спутникам или электрическим сетям. Такие явления космической погоды могут иметь катастрофические последствия.
Астрономы веками изучали активность Солнца со все большим и большим пониманием. Сегодня компьютеры занимают центральное место в поисках понимания поведения солнца и его роли в явлениях космической погоды.
«Космическая погода требует, чтобы мы могли прогнозировать столкновения до события, а не только после него», - пояснил Николай Погорелов, выдающийся профессор космических наук в Университете Алабамы в Хантсвилле. «Эта тема, связанная с национальными космическими программами, окружающей средой и другими проблемами, недавно была переведена на более высокий уровень».
Многим космическая погода может показаться отдаленной проблемой, но мы можем не осознавать ее опасности, пока не станет слишком поздно.
«Мы не думаем об этом, но на электрическую связь, GPS и повседневные гаджеты могут влиять экстремальные эффекты космической погоды», - сказал Погорелов.
Кроме того, США планируют миссии на другие планеты и на Луну. Все потребует очень точных прогнозов космической погоды - для проектирования космических кораблей и для предупреждения космонавтов об экстремальных явлениях.
При финансовой поддержке Национального научного фонда (NSF) и НАСА Погорелов возглавляет группу, работающую над совершенствованием современных методов прогнозирования космической погоды.
«Это исследование, сочетающее в себе сложную науку, передовые вычисления и захватывающие наблюдения, продвинет наше понимание того, как Солнце влияет на космическую погоду и его влияние на Землю», - сказал Мангала Шарма, программный директор по космической погоде в Отделе атмосферных и геокосмических наук NSF. «Эта работа поможет ученым прогнозировать явления космической погоды и повысить устойчивость нашей страны к этим потенциальным стихийным бедствиям».
Погорелов использует суперкомпьютер Frontera в Техасском центре передовых вычислений - девятый по скорости в мире - а также высокопроизводительные системы в НАСА и суперкомпьютерном центре Сан-Диего, чтобы улучшить модели и методы, лежащие в основе космоса. прогноз погоды.
Турбулентность играет ключевую роль в динамике солнечного ветра и корональных выбросов массы. У этого сложного явления много граней, включая роль взаимодействия ударной волны с турбулентностью и ускорения ионов.
«Солнечная плазма не находится в тепловом равновесии. Это создает интересные особенности», - сказал Погорелов. «Некоторые нетепловые частицы могут быть дополнительно ускорены для создания частиц солнечной энергии, которые особенно важны для условий космической погоды на Земле и для людей в космосе».
Погорелов провел компьютерное моделирование, чтобы лучше понять это явление и сравнить его с наблюдениями космических аппаратов Вояджер 1 и 2, которые исследовали внешние границы гелиосферы и теперь предоставляют уникальные данные из местной межзвездной среды.
Одним из основных направлений предсказания космической погоды является правильное прогнозирование прихода корональных выбросов массы - выброса плазмы и сопутствующего магнитного поля из солнечной короны - и определение направления магнитного поля, которое она несет с собой. В этом помогает исследование обратного потока ионов, проведенное группой Погорелова, а также работа, опубликованная в Astrophysical Journal в 2020 году, в которой использовалась магнитогидродинамическая модель на основе магнитного жгута для прогнозирования времени прибытия на Землю и конфигурации магнитного поля коронального выброса массы 12 июля 2012 года. (Магнитогидродинамика относится к магнитным свойствам и поведению электропроводящих жидкостей, таких как плазма, которая играет ключевую роль в динамике космической погоды).
«Пятнадцать лет назад мы не знали так много о межзвездной среде или свойствах солнечного ветра», - сказал Погорелов. «Сегодня у нас есть так много наблюдений, которые позволяют нам проверять наши коды и делать их намного более надежными. Вскоре он выйдет за пределы критической сферы, где солнечный ветер станет сверхбыстрым магнитозвуковым, и у нас будет информация о физике ускорения и переноса солнечного ветра, которой у нас никогда не было».
По мере появления зонда и других новых инструментов наблюдений Погорелов ожидает появления большого количества новых данных, которые могут предоставить информацию и стимулировать разработку новых моделей, относящихся к прогнозированию космической погоды. По этой причине, наряду со своими фундаментальными исследованиями, Погорелов разрабатывает гибкую программную среду, которую могут использовать различные исследовательские группы по всему миру, и которая может интегрировать новые данные наблюдений, пишет EurekAlert.
«Несомненно, в ближайшие годы качество данных из фотосферы и солнечной короны будет значительно улучшено как из-за новых доступных данных, так и новых, более сложных способов работы с данными», - сказал он. «Мы пытаемся создать программное обеспечение таким образом, чтобы, если пользователь предложит лучшие граничные условия из новых научных задач, ему будет легче интегрировать эту информацию».
Написать комментарий