Жер магнитосферасының күн желі плазмасымен өзара әрекеттесуін сандық модельдеу: Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті ғалымдарының зерттеуі

Қазіргі ғылымның қарқынды дамуы ғарыштық физика мен Жер маңындағы кеңістікті зерттеуге жаңа мүмкіндіктер ашуда. Күн белсенділігінің өзгеруі, корональды массалық лақтырулар және күн желінің динамикасы Жердің магнитосфералық жүйесіне айтарлықтай әсер етеді. Осы бағыттағы зерттеулер ғарыштық ауа райын болжау, радиациялық қауіпсіздікті қамтамасыз ету және геомагниттік құбылыстардың физикалық табиғатын түсіну үшін маңызды.

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғалымдары жүргізіп отырған ғылыми жоба Жер магнитосферасы мен күн желі плазмасының өзара әрекеттесуін сандық модельдеу арқылы зерттеуге бағытталған. Жобаның негізгі мақсаты – әртүрлі типтегі корональды массалық лақтырулар әсеріндегі геомагниттік өріс динамикасын болжауға мүмкіндік беретін имитациялық модель әзірлеу.

Қазіргі таңда ғарыштық ауа райын болжауда көбінесе жартылай эмпирикалық модельдер қолданылады. Мұндай модельдер ұзақ уақыт бойы дамытылып, көптеген параметрлерді қамтығанымен, оларда болып жатқан физикалық процестердің ішкі механизмдерін толық түсіндіру мүмкіндігі шектеулі. Сондықтан бұл зерттеу нақты физикалық процестерді сипаттайтын сандық имитациялық модель құруға бағытталған.

Зерттеу барысында күн желінің құрамына кіретін протондар мен электрондар ағынының динамикасы қарастырылады. Күн бетінде пайда болатын корональды массалық лақтырулар әртүрлі жылдамдық пен тығыздыққа ие плазмалық бұлттарды қалыптастырады. Бұл плазмалық құрылымдар Жер магнитосферасына жеткен кезде магнит өрісінің формасын өзгертіп, магниттік дауылдардың пайда болуына әкелуі мүмкін.

Жобаның ғылыми жаңалығы – радиациялық белдеулер динамикасын әртүрлі күн белсенділігі сценарийлері жағдайында алғаш рет толыққанды сандық түрде зерттеу мүмкіндігі. Зерттеу нәтижесінде ғарыштық ортадағы бөлшектер қозғалысының физикалық механизмдері тереңірек түсіндіріледі.

Модельдеу жұмыстары particle-in-cell әдісіне негізделген. Бұл әдіс плазмадағы зарядталған бөлшектердің қозғалысын электромагниттік өрістермен өзара байланыста қарастыруға мүмкіндік береді. Зерттеу барысында бөлшектердің траекториясы үшөлшемді кеңістікте есептеледі. Модельдеу аймағы Жер радиусының 10–100 еселік қашықтығын қамтиды.

Ғалымдар күн желінің параметрлерін жүйелеу мақсатында халықаралық ғарыштық обсерваториялар деректерін пайдаланады. ACE, SOHO және SDO сияқты ғарыштық бақылау жүйелерінен алынған ақпараттар корональды массалық лақтырулардың типтік динамикалық портреттерін қалыптастыруға мүмкіндік береді.

Зерттеу нәтижелерін тек теориялық деңгейде емес, практикалық қолдану бағытында да дамыту көзделген. Әзірленетін сандық модель ғарыштық ауа райын болжау жүйелерінде қолданылуы мүмкін. Бұл Қазақстанның ғарыштық зерттеулер саласындағы ғылыми-технологиялық әлеуетін арттыруға ықпал етеді.

Жоба аясында геомагниттік өрістің тәуліктік өзгерістері, радиациялық белдеулердегі бөлшектер тығыздығының динамикасы және күн белсенділігімен байланысты құбылыстар зерттеледі. Магнитосфералық соққы толқындарының пайда болуы, полярлық аймақтардағы зарядталған бөлшектер қозғалысы және электр өрісі градиенттері арнайы қарастырылады.

Зерттеу нәтижелерінің халықаралық ғылыми қауымдастық үшін де маңызы жоғары. Жоба қорытындылары бойынша Web of Science және Scopus дерекқорларына кіретін рецензияланған ғылыми журналдарда кемінде бірнеше мақала жариялау жоспарланған.

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғылыми зерттеушілері жүзеге асырып отырған бұл жоба жас ғалымдарды даярлау ісіне де үлес қосады. Жоба нәтижесінде PhD дәрежесін қорғауға дайындық жүргізіліп, ғылыми кадрлар біліктілігін арттыруға жағдай жасалады.

Зерттеу жұмыстары 2025–2027 жылдар аралығында жүргізіледі. Үш жылдық ғылыми жұмыс барысында жоғары өнімді есептеу жүйелері қолданылып, модельдің дәлдігі кезең-кезеңімен тексеріледі.

Жобаның әлеуметтік және экономикалық маңызы да зор. Күн белсенділігінің жоғарылауынан туындайтын геомагниттік құбылыстар электр энергетикасы, байланыс жүйелері және ғарыштық технологиялар қауіпсіздігіне әсер етуі мүмкін. Сондықтан ғылыми негізделген болжамдық модельдер болашақ тәуекелдерді азайтуға мүмкіндік береді.

Бұл зерттеу Қазақстандағы ғарыштық физика ғылымын дамытуға, халықаралық ғылыми ынтымақтастықты кеңейтуге және заманауи есептеу технологияларын енгізуге бағытталған маңызды қадам болып табылады. Ғылыми жұмыс нәтижелері ғарыштық ауа райын түсіндіруде визуалды және аналитикалық материалдар дайындауға мүмкіндік береді.

Жалпы алғанда, аталған жоба Жер маңындағы ғарыштық кеңістікті зерттеудің жаңа деңгейін қалыптастыруға, күн-жер байланысы физикасын терең түсінуге және Қазақстан ғылымының халықаралық ғылыми ортадағы беделін арттыруға бағытталған.