Űridőjárás (3. rész)

Tavaly ilyenkor megismerkedtünk az űridőjárás fogalmával, az űrszondás megfigyelésekkel. Most folytatjuk a sorozatot.

Amint a sorozat első két részében láttuk, a SOHO űrszonda lassan 9 éve végzett megfigyelései hatalmas lépéssel vitték előre az űridőjárás folyamatainak megértésére vonatkozó tudásunkat, és az időközben 2006 februárjára elcsúszott STEREO programtól is további jelentős eredményeket várhatunk. Gyakorlati szempontból igazi jelentősége annak van, ha az eseményeket előre tudjuk jelezni, lehetővé téve a rájuk időben való felkészülést. A Napon megjelenő első jelekből minél hamarabb tudnunk kell, mekkora veszélyt jelent egy adott napkitörés, és a belőle származó nagyenergiájú töltött részecskék mikorra érkeznek meg a Föld környezetébe. Hasonlóan a földi időjárási előrejelzésekhez, itt is a számítógépes szimuláció jelenti a megoldást, azzal a különbséggel, hogy jelen esetben jóval kevesebb mérési adatra támaszkodhatunk.

A szimuláció alapjául a jelenségeket a Napon való megjelenésüktől kezdve a Föld környezetével való kölcsönhatásig végig leíró modelleket kell alkalmaznunk. Az egyes térrészekben uralkodó igen eltérő körülményeknek megfelelően egy globális modellnek moduláris rendszerűnek kell lennie: szükségünk van a Nap atmoszférájának és koronájának modelljére, az eruptív események időbeli leírására, a napszél és a benne történő részecsketerjedés követésére, illetve a földi magnetoszféra és légkör modelljére. Ráadásul ezek egymáshoz csatolódnak, ezt a teljes modellnek is tükröznie kell. Maguk az egyes modellek még meglehetősen különböző fejlettségi szinten állnak. A Nap atmoszférájára és koronájára vonatkozó konzisztens magnetohidrodinamikai (MHD) szimulációk egyelőre csak meglehetősen leegyszerűsített szituációkat képesek feldolgozni, többek között a napkoronában uralkodó mágneses terek hiányos ismerete miatt. A fotoszféra mágneses teréből kell meghatározni a korona és az azon túlnyúló térrész mágneses terét. A napszél numerikus modellezése alacsony napaktivitás idején ugyan már aránylag jól megoldott probléma, napfoltmaximum időszakában azonban meg egyelőre sokkal kezdetlegesebb a szükségesnél. Ezen belül a STEREO elsődleges célpontjául szolgáló koronakitörések (CMEk) modelljeinek további fejlesztésére van szükség. A földi magnetoszférában, ionoszférában és a légkörben már az MHD modellek nem elegendők, mellettük az egyes részecskéket külön kezelő kinetikus számításokra is szükség van.

A feladat megoldásához érthetően hatalmas számítógépkapacitás szükséges, nem véletlenül alkalmazzák a legnagyobb teljesítményű gépeket éppen a meteorológiai előrejelzésekhez. A pillanatnyilag legfejlettebb háromdimenziós plazmaszimulációkat az Egyesült Allamokban végzik, a napkoronáét a San Diego-i szuperszámítógépen, a helioszféra és a magnetoszféra modellezését pedig a Michigan Egyetemen, ehhez járulnak hozza a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet (RMKI) munkatársai. Az egymástól több nagyságrendben eltérő méretskálán végbemenő jelenségeket - hasonlítsunk össze egy igen keskeny lökéshullámot a Naptól Földig terjedő 150 millió km-es távolsággal - az egyenletek ún. dinamikusan adaptív rácson történő megoldásával lehet a legjobban kezelni, egyébként olyan finom rácsbeosztásra lenne szükség, amely több nagyságrenddel haladná meg a rendelkezésre álló kapacitást. A végső cél természetesen az, hogy a szimuláció a valós időnél gyorsabb legyen, ezt egyelőre csak leegyszerűsített esetekben sikerült elérni. Azt remélhetjük, hogy a STEREO méréseinek megkezdésével várható további információk és az ennek következtében egyre fejlettebb modellek rövidesen közelebb visznek a probléma megoldásához.

Kecskeméty Károly

Kapcsolódó cikkek:
Űridőjárás (2. rész): Az űreszközök a Napot fürkészik
Űridőjárás (1. rész): Fizikai alapok és földi hatások

Kapcsolódó linkek:
A KFKI RMKI honlapja