Ученые используют рентгеновские лучи для дистанционного измерения магнитного пересоединения в околоземном пространстве

Магнитосфера Земли, формируемая магнитным полем планеты, служит защитным барьером от солнечного ветра — потока заряженных частиц от Солнца. Однако фундаментальный процесс «магнитного пересоединения» может временно нарушать этот барьер во время интенсивной солнечной активности, вызывая резкие колебания энергии в околоземном пространстве. Ключом к пониманию этих процессов является измерение «скорости пересоединения», количественно определяющей эффективность передачи энергии.

Исследовательская группа под руководством доцента Йосуке Мацумото из Института перспективных академических исследований Университета Тибы, Япония, предложила инновационный подход с использованием мягкого рентгеновского излучения для дистанционного измерения скорости пересоединения. Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters 28 июня 2025 года, основано на компьютерном моделировании.

Ученые провели высокоточное моделирование на суперкомпьютере Fugaku, объединив глобальную магнито-гидродинамическую модель магнитосферы с моделью генерации мягкого рентгеновского излучения, которое возникает при взаимодействии ионов солнечного ветра с нейтральными атомами водорода из земной атмосферы. Анализ показал, что с позиции спутника на лунной дистанции (аналогично будущей миссии GEO-X) самые яркие рентгеновские излучения формируют характерные серповидные структуры, отражающие конфигурацию магнитного поля в зонах пересоединения.

Измеряя угол раскрытия этих ярких областей, исследователи рассчитали глобальную скорость пересоединения, которая составила 0,13. Это значение хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями и предыдущими лабораторными измерениями. «Визуализация рентгеновского излучения от границы магнитосферы, обращенной к Солнцу, теперь потенциально позволяет количественно оценить приток энергии солнечного ветра в магнитосферу, делая рентгеновские лучи новым диагностическим инструментом для космической погоды», — подчеркивает доктор Мацумото.

Это исследование вносит прямой вклад в улучшение прогнозирования космической погоды, что критически важно для защиты астронавтов, спутников связи и космических миссий. Предложенный метод также имеет более широкое научное значение для изучения магнитного пересоединения в других контекстах, например, в солнечных вспышках, плазменных установках и вблизи черных дыр.