Поле прозрения: ученые разработали эффективный метод прогноза вспышек на Солнце
Как это поможет уменьшить неблагоприятные последствия магнитных бурь на Земле
Российские астрофизики разработали эффективный метод предсказания солнечных вспышек. Он позволит прогнозировать такие явления за одну-две недели до того, как они произойдут. Это даст запас времени, чтобы предотвращать их нежелательные последствия, которые на Земле проявляются в виде магнитных бурь и нарушений в работе различной аппаратуры, оборудования навигации и связи, электротехники и электроники. На разработку получен патент. Для ее внедрения можно задействовать имеющуюся инфраструктуру для наблюдения за светилом. Однако эксперты отметили сложности применения этого метода из-за сильной зашумленности солнечного излучения.
Как предсказывают солнечные вспышки
Ученые из Крымской астрофизической обсерватории предложили новый метод, который позволит специалистам на ранних этапах прогнозировать события, приводящие к солнечным вспышкам. Это взрывные процессы, которые происходят в атмосфере звезды и сопровождаются значительными выбросами плазмы (массы заряженных частиц) из короны небесного тела.
Когда такой поток направлен в сторону Земли, он через 16–20 часов достигает поверхности планеты и в течение от одного до трех дней воздействует на ее магнитное поле. Это приводит к ряду неблагоприятных последствий. В частности, ухудшает состояние людей с ослабленным иммунитетом и метеозависимых, а также нарушает работу электрооборудования, микроэлектроники, приборов навигации и связи.
— Чаще сведения об активности на Солнце мы получаем уже после того, как то или иное событие на нем произошло. Первым информацию приносит свет, который от звезды до нас доходит примерно за восемь минут. Поэтому до встречи с основным вспышечным потоком есть время, чтобы предотвратить его нежелательные последствия. Например, можно успеть изменить курс лайнера, ограничить давление в нефтепроводе, перенести старт космического корабля или отправить оповещение заинтересованным ведомствам и службам, — рассказал «Известиям» заместитель директора по научной работе КрАО Александр Вольвач.
Однако, отметил он, по мере увеличения зависимости цивилизации от космической инфраструктуры и электронных устройств влияние солнечных вспышек также будет возрастать. Поэтому для человечества критически важно научиться предсказывать солнечные вспышки заблаговременно.
Справка «Известий»
Солнечные циклы условно нумеруются начиная с 1755 года. Сейчас длится 25-й цикл, он начался в декабре 2019-го. Пик активности Солнца фиксируют в том случае, если в течение шести месяцев количество солнечных пятен росло, а затем в течение такого же времени оно снижалось. В 25-м цикле пик наступит между серединой 2024 и концом 2025 года. Некоторые данные указывают, что солнечный максимум может наступить чуть позже: в конце 2024 — начале 2026 года.
Предвестники активности Солнца
Предложенный способ основан на выявлении в хаотическом потоке солнечного излучения предвестников — особых последовательностей, которые проявляются на различных частотах электромагнитных волн, рассказал Александр Вольвач.
По его словам, при разработке метода специалисты проанализировали данные с космических аппаратов, которые в непрерывном режиме наблюдают за Солнцем. В результате были выявлены события упорядочивания хаоса, концентрация которых за несколько дней предшествовала возникновению вспышки.
— Мы вычислительными средствами исследуем уровень хаоса солнечного излучения. Другими словами, во множестве случайных явлений находим начало постоянной составляющей. Она выражается в том, что в рядах измерений проявляется упорядоченная величина, которая постоянно нарастает. Это говорит о том, что на Солнце начинает созревать какой-либо процесс (например, магнитное поле), который через несколько дней приведет к вспышке, — пояснил ученый.
В дальнейшем по мере накопления информации и уточнения параметров таких предвестников будет создана система, которая позволит предсказывать взрывы на Солнце за одну-две недели до того, как они произойдут, полагает он.
Для этого потребуется создать инфраструктуру с целью постоянного мониторинга солнечной активности. Ее можно построить как на основе спутников на солнечно-синхронной орбите Земли, так и с помощью наземных обсерваторий, расположенных в разных частях планеты, которые обеспечат круглосуточное непрерывное наблюдение за светилом. В настоящее время на разработку получен патент РФ на изобретение.
Почему сложно предсказывать солнечные процессы
Вместе с тем, как отметили эксперты, для реализации новой методики потребуется глубокая проработка математического аппарата для анализа солнечных событий.
— Это интересное решение, которое продвинет науку в направлении заблаговременного прогноза солнечных вспышек. Но до окончательного решения еще очень далеко. Проблема предложенного метода в том, что полезная информация сильно зашумлена, — отметил профессор Иркутского государственного университета, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН Сергей Язев.
Он пояснил, что в процессе анализа будут обрабатываться данные от всех активных источников на Солнце, а вспышку даст только один из них. И поймать закономерность в потоке сигналов от источников разного возраста и магнитной структуры будет непросто.
— Предвестники солнечной активности, безусловно, существуют, но они указывают на некоторую вероятность, что то или иное событие произойдет. Поэтому важно количественное подтверждение и широкое обсуждение в среде научного сообщества достоверности таких прогнозов, — сказал исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии Московского физико-технического института Александр Родин.
Эксперт подчеркнул, что в настоящее время аналитики не умеют моделировать всю чрезвычайно сложную динамику солнечной плазмы. С фундаментальной точки зрения такие нелинейные системы имеют предел предсказуемости. Поэтому прогнозы, полученные посредством предложенного способа, скорее всего, будут иметь дискуссионный характер.
Метод можно доработать с помощью нейросетей, объяснил «Известиям» научный сотрудник лаборатории обработки больших данных в физике частиц и астрофизике Института ядерных исследований РАН Иван Харук.
По его словам, машинное обучение основано на том, что программа тренируется, находя среди множества событий типичные последовательности. Если заложить в обучение предлагаемые разработчиками параметры, то, вероятно, можно улучшить точность предсказаний.
Эта задача напоминает прогноз погоды с помощью нейросетей. Чем больше у нас параметров для наблюдений, тем лучше можно выделять события, которые имеют отношение к конкретному явлению природы, и делать более точный прогноз, резюмировал эксперт.
