Innowacyjne narzędzia do przewidywania zdarzeń SEP
Projekt HESPERIA (ang. High Energy Solar Particle Events foRecastIng and Analysis) realizowany był z myślą o trzech głównych celach: stworzenie nowych narzędzi prognostycznych w oparciu o empiryczne modele prognozowania UMASEP i REleASE; pogłębienie wiedzy naukowej na temat mechanizmów fizycznych prowadzących do powstawania SEP; oraz zgłębienie możliwości wykorzystania wyników projektu w przyszłych prognozach pogody kosmicznej. – Przewidywanie burz słonecznych, czyli tzw. zdarzeń SEP, leży w kręgu zainteresowania operatorów statków kosmicznych i startów kosmicznych, a także służy ocenie warunków propagacji fal radiowych w jonosferze polarnej Ziemi – podkreśla dr Olga Malandraki, starszy pracownik naukowy Narodowego Obserwatorium w Atenach oraz koordynatorka projektu. Lepsze przewidywanie SEP przyczyni się nie tylko do zwiększenia bezpieczeństwa przyszłych misji mających na celu eksplorację przestrzeni kosmicznej, ale także pomoże liniom lotniczym uniknąć narażenia na promieniowanie. Zanim w 2015 r. rozpoczęto projekt HESPERIA, społeczność potrzebowała nowych usług umożliwiających przewidywanie burz słonecznych ze znacznie większą dokładnością. Projekt skutecznie spełnił tę potrzebę, dostarczając narzędzia umożliwiające przewidywanie w czasie rzeczywistym istotnych zdarzeń SEP w przedziale energii protonów od 30 do 50 MeV oraz powyżej 500 MeV. Aby to umożliwić, zespół dr Olgi Malandraki stworzył nowatorskie narzędzia HESPERIA UMASEP-500 oraz HESPERIA REleASE oparte odpowiednio o empiryczne modele prognozowania UMASEP i REleASE, których wysoka skuteczność jest powszechnie ceniona w środowisku naukowym. Pierwszy model wykorzystuje wczesne oznaki aktywności słonecznej do prognozowania SEP, natomiast drugi koncentruje się na szybszych cząsteczkach, które zazwyczaj docierają do statku kosmicznego wcześniej, wyprzedzając przewidywania. Narzędzie HESPERIA UMASEP-500 pozwala przewidywać w czasie rzeczywistym występowanie zdarzeń GLE na podstawie analizy miękkiego promieniowania rentgenowskiego i zróżnicowanego strumienia protonów mierzonych przez system satelitów GOES. – Największą innowacją jest fakt, że nasze narzędzie wykorzystuje dane dotyczące protonów gromadzone przez statek kosmiczny do prognozowania SEP. Wykazaliśmy, że pozwala to wcześniej przewidywać GLE w porównaniu z istniejącymi modelami, które korzystają z naziemnych pomiarów kontrolnych neutronów – mówi dr Olga Malandraki. Narzędzie HESPERIA REleASE zmniejsza natomiast liczbę fałszywych alarmów i zwiększa możliwości wykrywania protonów o energii od 30 do 50 MeV w porównaniu z innymi rozwiązaniami. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu niemal relatywistycznych i relatywistycznych elektronów pochodzących z ACE i SOHA jako prekursorów. Oba narzędzia dostępne są na stronie internetowej projektu. Lepsze zrozumienie mechanizmów związanych z SEP Oprócz narzędzi prognostycznych, projekt ESPERIA dostarczył także istotnych informacji na temat mechanizmów fizycznych skutkujących SEP, a zwłaszcza częstego występowania i czasem długiego czasu zdarzeń związanych z promieniowaniem gamma przy energii fotonów powyżej 100 mEv, a także związków między występowaniem „międzyplanetarnych” (IP) protonów na Ziemi a protonami na Słońcu. – Istotnym odkryciem jest to, że długotrwałym zdarzeniom związanym z promieniowaniem gamma towarzyszy długotrwałe promieniowanie rentgenowskie oraz powstawanie pętli koronalnych w następstwie koronalnych wyrzutów masy – mówi dr Olga Malandraki, wypowiadając się na temat analizy zdarzeń związanych z promieniowaniem gamma powyżej 100 MeV, które utrudniają zrozumienie procesu przyspieszania cząsteczek na Słońcu, prowadzącego do występowania SEP w odległości 1 au. – Ponadto wykazano, że długotrwałym zdarzeniom związanym z promieniowaniem gamma towarzyszą wybuchy radiowe typu II na falach dekametrowych i dłuższych, które są wytwarzane przez elektrony przyspieszone w wyniku oddziaływania fal uderzeniowych w obrębie górnej warstwy korony i materii międzyplanetarnej. W odniesieniu do wspomnianego występowania protonów konsorcjum odkryło, że stosunkowo mała liczba protonów o energii >500 MeV w rozbłysku impulsów znacząco zmniejsza prawdopodobieństwo, że ma on większy wpływ na liczebność IP. – Z drugiej strony liczba protonów o energii >500 MeV w trwałych emisjach istotnie zwiększa prawdopodobieństwo, iż pochodzą one z populacji IP, najpewniej ze zbioru SEP powstającego w wyniku koronalnych wyrzutów masy. Bezpośredni wniosek jest taki, że wstrząs spowodowany koronalnym wyrzutem masy jest głównym źródłem występowania wysokoenergetycznych protonów pochodzących od Słońca zarówno na Słońcu, jak i w przestrzeni międzyplanetarnej, nawet przy energii >500 MeV – wyjaśnia dr Olga Malandraki. Jak podaje dr Olga Malandraki, społeczność zajmująca się badaniem pogody kosmicznej, w tym operatorzy odpowiedzialni za wynoszenie statków kosmicznych na orbitę, lotnictwo cywilne i przedsiębiorstwa obsługujące satelity wyraziły już „duże zainteresowanie” narzędziami HESPERIA. Ma ona nadzieję, że w niedalekiej przyszłości projekt okaże się przydatny w programie na rzecz orientacji sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej (ang. Space Situational Awareness) realizowanym przez Europejską Agencję Kosmiczną oraz że jego wyniki będą wykorzystywane w ramach inicjatywy Community Coordinated Modeling Center, która łączy modele przewidywania pogody kosmicznej nowej generacji.
Słowa kluczowe
HESPERIA, zdarzenia SEP, cząstka pochodząca od Słońca, UMASEP, REleASE, pogoda kosmiczna, statek kosmiczny, eksploracja przestrzeni kosmicznej, promieniowania, aktywność słoneczna, GLE, prognozowanie, koronalne wyrzuty masy
