Солнечная вспышка – взрывной процесс выделения энергии (кинетической, световой и тепловой) в верхних слоях Солнца.
Вспышки охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону. Сразу отметим, что солнечные вспышки и корональные выбросы массы являются различными и независимыми проявлениями солнечной активности.
Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности, а точнее вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Энерговыделение мощной солнечной вспышки может достигать 6×10 25 Дж, что составляет 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте или приблизительный объем мирового потребления электроэнергии за 1 миллион лет.
Анимация, показывающая две солнечные вспышки (X2.2, X9.3), произошедшие 6 сентября 2017 года. Credit: SDO
Вспышки – это самые большие взрывные события Солнечной системы. Они видны яркими областями на Солнце и могут длиться от нескольких минут до нескольких часов. Фотоны от вспышки достигают Земли примерно за 8,5 минут после ее начала; далее в течение нескольких десятков минут доходят мощные потоки заряженных частиц, а облака плазмы достигают нашей планеты только через двое-трое суток.
Интенсивность вспышек на Солнце
Энергию вспышки определяют в видимом диапазоне электромагнитных волн по произведению площади свечения в линии излучения водорода, характеризующей нагрев нижней хромосферы, на яркость этого свечения, связанную с мощностью источника.
Также используют классификацию, основанную на непрерывных однородных измерениях амплитуды теплового рентгеновского всплеска в диапазоне энергий 0,5-10 кэВ (с длиной волны 0,5-8 ангстрем), проводимых некоторыми искусственными спутниками Земли.
Согласно классификации, которая была предложена в 1970 году Д.Бейкером, солнечной вспышке присваивается балл - обозначение из латинской буквы и индекса за ней. Буквой может быть A , B , C , M или X в зависимости от величины пика интенсивности рентгеновского излучения.
Вспышки на Солнце онлайн
Выбор для классификации вспышек рентгеновского диапазона обусловлен более точной фиксацией процесса: если в оптическом диапазоне даже крупнейшие вспышки увеличивают излучение на доли процентов, то в области мягкого рентгеновского излучения (1 нанометр) - на несколько порядков, а жесткое рентгеновское излучение спокойным Солнцем не создается вообще и образуется исключительно во время вспышек.
Обсерватория «Solar Dynamics Observatory» захватила солнечную вспышку (X8.2) 10 сентября 2017 года. На изображении показана комбинация длин волн ультрафиолетового света, выделяющая чрезвычайно горячий материал во вспышках. Credits: NASA/SDO/Goddard
Регистрация рентгеновского излучения Солнца, так как оно полностью поглощается атмосферой Земли, началась с первого запуска космического аппарата «Спутник-2», поэтому данные об интенсивности рентгеновского излучения солнечных вспышек до 1957 года полностью отсутствуют.
Опасны или нет? Влияние солнечных вспышек
Солнечные вспышки имеют прикладное значение при исследовании элементного состава поверхности небесного тела с разреженной атмосферой или при ее отсутствии, выступая в роли возбудителя рентгеновского излучения для рентгенофлуоресцентных спектрометров, установленных на борту космических аппаратов.
Жесткое ультрафиолетовое и рентгеновское излучение вспышек - основной фактор, ответственный за формирование ионосферы, способный также существенно менять свойства верхней атмосферы Земли: плотность ее существенно повышается, что ведет к быстрому снижению высоты орбиты искусственных спутников (до 1 километра в сутки).
Плазменные облака, выбрасываемые во время вспышек, приводят к возникновению геомагнитных бурь, которые определенным образом влияют на технику и самочувствие людей. Раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца и вызываемых ею возмущений земной магнитосферы на организмы, называется гелиобиологией. Также вспышки создают полярное сияние, чаще всего вблизи полюсов.
Геомагнитные бури
Геомагнитная буря – возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток.
Геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущенных потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли.
Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет четкую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума.
Классификация магнитных бурь
K-индекс – это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала . Индекс был введен Юлиусом Бартельсом в 1938 году и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (00:00 – 03:00, 03:00 – 06:00, 06:00 – 09:00 и т. д.) мирового времени.
Kp-индекс – это планетарный индекс . Вычисляется как среднее значение К-индексов, определенных на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.
G-индекс – пятибалльная шкала силы магнитных бурь , которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т. д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 соответствует Kp=6 и т.д.
Магнитные бури онлайн. Прогноз магнитных бурь
Роль звездных вспышек в зарождении жизни
Как ни странно, ученые полагают, что . Мощные солнечные взрывы, возможно, имели решающую роль в разогреве Земли. Выбрасываемая энергия превратила простые молекулы в сложные, такие как ДНК и РНК, необходимые для жизни.
Около 4 миллиардов лет назад Земля получала лишь 70% энергии от Солнца, по сравнению с тем, что мы имеем сегодня. Это означает, что наша планета должна была быть . Вместо этого, геологические свидетельства говорят о том, что она была теплой и имела океаны жидкой воды. Ученые называют это «Парадокс слабого молодого Солнца».
Солнце до сих пор производит вспышки и выбросы масс, но они не являются столь частыми и интенсивными, как ранее. Более того, на сегодняшний день , которое уберегает нас от большей части энергии, достигающей нашей планеты. Но наша молодая планета имела более слабое магнитное поле. Расчеты ученых показывают, что в то время частицы космической погоды путешествовали вниз по линиям магнитного поля, врезаясь в изобилие молекул азота в атмосфере, изменяя химию и создавая условия для жизни.
В тоже время, слишком большое количество энергии может быть губительно для молодых планет. , если магнитосфера слишком слаба. Понимание этих процессов поможет ученым определить, какие звезды и какие планеты могут быть гостеприимными для жизни.
Б.В. Сомов, доктор физико-математических наук, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, МГУ
Во время большой вспышки поток жесткого электромагнитного излучения Солнца возрастает во много раз. В невидимых для нас ультрафиолетовых (УФ), рентгеновских и гамма-лучах наше светило становится "ярче тысячи солнц". Излучение достигает орбиты Земли через восемь минут после начала вспышки. Через несколько десятков минут приходят потоки заряженных частиц, ускоренных до гигантских энергий, а через двое-трое суток - огромные облака солнечной плазмы. К счастью, озоновый слой атмосферы Земли защищает нас от опасного излучения, а геомагнитное поле - от частиц. Однако даже на Земле, тем более в космосе, солнечные вспышки опасны и необходимо уметь их заблаговременно прогнозировать. Что же такое солнечная вспышка, как и почему она возникает?
Солнце и мы
Ближайшая к нам звезда - Солнце - родилась около 5 млрд. лет тому назад. Внутри нее идут ядерные реакции, благодаря которым существует жизнь на Земле. Построенные на основе современных наблюдений теоретические модели строения и эволюции Солнца не оставляют сомнений в том, что оно будет сиять еще миллиарды лет.
Солнечное излучение - главный источник энергии для земной атмосферы. Фотохимические процессы в ней особенно чувствительны к жесткому УФ-излучению, которое вызывает сильную ионизацию. Поэтому когда Земля была молодой, жизнь существовала только в океане. Позднее, примерно 400 млн. лет назад, появился озоновый слой, поглощающий ионизирующее изучение, и жизнь вышла на сушу. С тех пор озоновый слой защищает нас от разрушительного воздействия жесткого УФ-излучения.
Магнитное поле Земли, ее магнитосфера препятствует проникновению к Земле быстрых заряженных частиц солнечного ветра (Земля и Вселенная, 1974, № 4; 1999, № 5). Когда его порывы взаимодействуют с магнитосферой, часть частиц все-таки высыпается вблизи магнитных полюсов Земли, порождая полярные сияния.
Увы, гармонию наших отношений с Солнцем нарушают солнечные вспышки.
Вспышки на Солнце
Последние десятилетия сразу несколько космических обсерваторий пристально вглядываются в "разгневанное" Солнце с помощью специальных рентгеновских и УФ-телескопов. Сейчас таких космических аппаратов четыре: американские "SOHO" (Solar and Heliospheric Observatory - солнечная гелиосферная обсерватория; Земля и Вселенная, 2003, № 3), "TRACE" (Transition Region and Coronal Explorer - исследователь короны и переходного слоя), "RHESSI" (Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager - солнечный спектральный телескоп высокоэнергичного излучения им. Рамати) и российский спутник "Коронас-Ф" (Земля и Вселенная, 2002, № 6).
Огромный интерес к вспышкам на Солнце не случаен. Большие вспышки оказывают сильное воздействие на околоземное космическое пространство. Потоки частиц и излучения опасны для космонавтов. Кроме того, они могут повредить электронные приборы космических аппаратов, нарушить их работу.
УФ- и рентгеновские лучи от вспышки внезапно увеличивают ионизацию в верхних слоях атмосферы Земли, в ионосфере. Это может приводить к нарушениям радиосвязи, сбоям в работе радионавигационных приборов кораблей и самолетов, радиолокационных систем, длинных линий электроснабжения. Частицы высоких энергий, проникая в верхнюю атмосферу Земли, разрушают озоновый слой. Содержание озона уменьшается из года в год. Научную дискуссию вызывает вопрос о вероятной связи вспышечной активности Солнца с климатом на Земле.
Ударные волны и выбросы солнечной плазмы после вспышек сильно возмущают магнитосферу Земли, вызывают магнитные бури (Земля и Вселенная, 1999, № 5). Важно, что возмущения магнитного поля на поверхности Земли могут влиять на живые организмы, на состояние биосферы Земли (Земля и Вселенная, 1974, № 4; 1981, № 4), хотя это воздействие кажется пренебрежимо малым по сравнению с другими факторами нашей повседневной жизни.
Прогнозирование вспышек
Необходимость прогнозирования солнечных вспышек возникла давно, но особенно остро в связи с пилотируемыми космическими полетами. Долгое время почти независимо и практически безрезультатно разрабатывались два подхода к решению этой проблемы. Их можно условно назвать синоптическим и каузальным (причинным). Первый - сходный с предсказаниями погоды - базировался на изучении морфологических особенностей предвспышечных ситуаций на Солнце. Второй метод подразумевает знание физического механизма вспышки и, соответственно, распознавание предвспышечной ситуации путем ее моделирования.
До начала космических исследований, на протяжении многих лет, наблюдения вспышек велись преимущественно в оптическом диапазоне электромагнитного излучения: в линии водорода Нa и в "белом свете" (непрерывном спектре видимого излучения). Наблюдения в магниточувствительных линиях позволили установить тесную связь вспышек с магнитными полями на поверхности Солнца (фотосфере). Часто вспышка видна как увеличение яркости хромосферы (слой непосредственно над фотосферой) в виде двух светящихся лент, расположенных в областях магнитных полей противоположной полярности. Радионаблюдения подтверждали эту закономерность, имеющую принципиальное значение для объяснения механизма вспышки. Однако его понимание оставалось на чисто эмпирическом уровне, а теоретические модели (даже самые правдоподобные) казались совершенно не убедительными (Земля и Вселенная, 1974, № 4).
Рис. 1 - Солнечная вспышка (рентгеновский балл Х5.7), зарегистрированная 14 июля 2000 г. со спутников "TRACE" и "Yohkoh". Видна аркада вспышечных петель: слева в УФ (195 А); в центре - в мягком рентгеновском излучении; справа - источники жесткого рентгеновского излучения (53 - 94 кэВ), расположенные вдоль вспышечных лент - основания аркады. NL - фотосферная нейтральная линия.
Уже первые внеатмосферные наблюдения с помощью космических аппаратов показали, что солнечные вспышки представляют собой корональное, а не хромосферное явление. Современные многоволновые наблюдения Солнца с космических и наземных обсерваторий свидетельствуют о том, что источник энергии вспышки расположен над аркадой вспышечных петель (светлые полосы на рисунке слева) в короне, наблюдаемых в мягком рентгеновском и УФ-излучении. Аркады опираются на хромосферные вспышечные ленты, которые расположены по разные стороны линии раздела полярности фотосферного магнитного поля, или фотосферной нейтральной линии.
Энергия вспышки
Солнечная вспышка - самое мощное из всех проявлений активности Солнца. Энергия большой вспышки достигает (1-3)x1032 эрг, что приблизительно в сто раз превышает тепловую энергию, которую можно было бы получить при сжигании всех разведанных запасов нефти и угля на Земле. Эта гигантская энергия выделяется на Солнце за несколько минут и соответствует средней (за время вспышки) мощности 1029 эрг/с. Однако это меньше сотых долей процента от мощности полного излучения Солнца в оптическом диапазоне, равной 4x1033 эрг/с. Она называется солнечной постоянной. Поэтому при вспышке не происходит заметного увеличения светимости Солнца. Лишь самые большие из них можно заметить в непрерывном оптическом излучении.
Откуда и как черпает свою огромную энергию солнечная вспышка?
Источник энергии вспышки - магнитное поле в атмосфере Солнца. Оно определяет морфологию и энергетику той активной области, где произойдет вспышка. Здесь энергия поля много больше, чем тепловая и кинетическая энергия плазмы. Во время вспышки происходит быстрое превращение избыточной энергии поля в энергию частиц и изменения плазмы. Физический процесс, обеспечивающий такое превращение, называется магнитным пересоединением.
Что такое пересоединение?
Рассмотрим простейший пример, который демонстрирует явление магнитного пересоединения. Пусть два параллельных проводника расположены на расстоянии 2l друг от друга. По каждому из проводников течет электрический ток. Магнитное поле этих токов состоит из трех различных магнитных потоков. Два из них - Ф1 и Ф2 - принадлежат соответственно верхнему и нижнему токам; каждый поток охватывает свой проводник. Они расположены внутри сепаратрисной линии поля А1А2 (сепаратрисы), которая образует "восьмерку" с точкой пересечения X. Третий поток расположен вне сепаратрисной линии. Он принадлежит одновременно обоим проводникам.
Если мы сместим оба проводника в направлении друг к другу на величину dl, то магнитные потоки перераспределятся. Собственные потоки каждого из токов уменьшатся на величину dФ, а их общий поток увеличится на ту же величину (объединенный поток Ф1" и Ф2"). Этот процесс называется пересоединением линий магнитного поля, или просто магнитным пересоединением. Он осуществляется следующим образом. Две линии поля подходят к точке X сверху и снизу, сливаются c ней, образуя новую сепаратрису, и затем соединяются так, чтобы образовать новую линию поля, которая охватывает оба тока.
Рис. 2 - Магнитное поле двух параллельных электрических токов одинаковой величины I:
a) в начальный момент времени; А1А2 - сепаратриса; Ф1Ф2 - магнитный поток до пересоединения;
А3 - линия поля общего магнитного потока двух токов;
б) после смещения проводников на расстояние dl друг к другу. А1А2 - новая сепаратриса; Ф1Ф2 - пересоединенный магнитный поток. Он стал обшим потоком двух токов; линия X проходит перпендикулярно плоскости рисунка;
в) магнитное пересоединение в плазме. Показано промежуточное (предвспышечное) состояние с непересоединяющим (медленно пересоединяющим) токовым слоем CL.
Отметим, что такое пересоединение в вакууме при всей его простоте - реальный физический процесс. Его можно легко воспроизвести в лаборатории. Пересоединение магнитного потока индуцирует электрическое поле, величину которого можно оценить, разделив величину dФ на характерное время процесса пересоединения dt, то есть время движения проводников. Это поле будет ускорять заряженную частицу, помещенную вблизи точки Х, точнее говоря, линии Х.
Солнечные вспышки - это уникальные по своей мощности процессы выделения энергии (световой, тепловой и кинетической), в атмосфере Солнца . Вспышки так или иначе охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу , хромосферу и корону Солнца . Продолжительность солнечных вспышек часто не превышает нескольких минут, а количество энергии, высвобождаемой за это время, может достигать биллионов мегатон в тротиловом эквиваленте. Солнечные вспышки , как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности или, более точно, вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Частота и мощность солнечных вспышек зависят от фазы солнечного цикла .
Энергия солнечной вспышки проявляется во множестве форм: в виде излучения (оптического, ультрафиолетового, рентгеновского и даже гамма), в виде энергичных частиц (протонов и электрона), а также в виде гидродинамических течений плазмы. Мощность вспышек часто определяют по яркости производимого ими рентгеновского излучения. Самые сильные солнечные вспышки относятся к рентгеновскому классу X. К классу M относятся солнечные вспышки , которые имеют мощность излучения в 10 раз меньшую, чем вспышки класса X, а к классу C - вспышки с мощностью в 10 раз меньше, чем вспышки класса M. В настоящее время классификация солнечных вспышек осуществляется по данным наблюдений нескольких искусственных спутников Земли, главным образом по данным спутников GOES.
Наблюдения солнечных вспышек в линии H-альфа
Солнечные вспышки часто наблюдаются с помощью фильтров, позволяющих выделить из общего потока излучения линию атома водорода H-альфа, расположенную в красной области спектра. Телескопы, работающие в линиии H-альфа, в настоящее время установлены в большинстве наземных солнечных обсерваторий, причем на некоторых из них фотографии Солнца в этой линии получаются каждые несколько секунд. Примером такой фотографии является изображение Солнца, показанное над этим текстом, которое получено в линии H-альфа в солнечной обсерватории Big Bear Solar Observatory . На нем хорошо виден выброс солнечного протуберанца во время лимбовой солнечной вспышки 10 октября 1971 года. Фильм (4.2MB mpeg) , записанный во время вспышки , показывает этот процесс в динамике.
В линии H-альфа часто наблюдаются так называемые двухленточные солнечные вспышки , когда во время вспышки в хромосфере образуются две протяженные яркие излучающие структуры, имеющие форму параллельных лент, вытянутых вдоль нейтральной линиии магнитного поля (линия, разделяющая группы солнечных пятен противоположной полярности). Характерным примером двухленточной солнечной вспышки является событие 7 августа 1972 года, показанное в следующем фильме (2.2MB mpeg) . Это очень известная вспышка , произошедшая между полетами Аполлона 16 (апрель) и Аполлона 17 (декабрь), последними путешествиями человека на Луну. Если бы была допушена ошибка в расчете времени полета, и один из экипажей оказался бы на поверхности Луны во время этой вспышки , то последствия оказались бы губительны для астронавтов. Впоследствии эта возможная ситуация легла в основу фантастического произведения "Космос" ("Space") Джеймса Миченер (James Michener), который описал вымышленную миссию Аполлона, потерявшего свой экипаж вследствие воздействия радиации от сильной солнечной вспышки .
Солнечные вспышки и магнитные поля
В настоящее время не вызывает сомнений, что ключ к пониманию солнечных вспышек следует искать в структуре и динамике магнитного поля Солнца. Известно, что если структура поля в окрестностях солнечных пятен становится очень сложной, то силовые линии могут начать пересоединяться друг с другом, что приводит к быстрому высвобождению магнитной энергии и энергии электрических токов, связанных с магнитным полем. В результате разнообразных физических процессов, эта первичная энергия поля превращается затем в тепловую энергию плазмы, энергию быстрых частиц и другие формы энергии, наблюдаемые в солнечной вспышке. Изучение этих процессов и установление причин, по которым начинается солнечная вспышка , является одной из основных задач современной физики Солнца, все еще далекой от окончательного ответа.
«Это одно из самых загадочных событий, которые Солнце когда-либо произвело за историю наблюдений с Земли», – заявил газете ВЗГЛЯД астрофизик Сергей Богачев, комментируя серию мощных вспышек, произошедших на Солнце за последние дни. Он рассказал, какие последствия от этих вспышек можно ожидать на Земле.
В пятницу на Солнце была зафиксирована новая мощная вспышка, ее максимум пришелся на 11.00 мск, следует из графика солнечной активности лаборатории «Рентгеновская астрономия Солнца» Физического института имени Лебедева Российской академии наук (ФИАН). На Земле возникла мощнейшая магнитная буря, которая оценивается в четыре единицы по пятибалльной шкале.
Представитель ФИАН признал, что сила магнитной бури оказалась в десять раз больше, чем предсказывалось. Последствия ее трудно предсказать. В частности, в Северном полушарии начались сильные полярные сияния на нехарактерных для них широтах. Кроме того, сообщалось, что во время вспышки по солнечной поверхности распространялись сейсмические волны – «солнцетрясение».
По данным ученых, направление магнитного поля выброса является неблагоприятным для нашей планеты – поле направлено противоположно земному и в настоящий момент «сжигает линии поля» Земли.
О том, опасно ли для землян такое «сжигание», в интервью газете ВЗГЛЯД рассказал главный научный сотрудник лаборатории «Рентгеновская астрономия Солнца», член ученого совета ФИАН, доктор физико-математических наук, астрофизик Сергей Богачев.
ВЗГЛЯД: Сергей Александрович, как долго продлится еще эта магнитная буря на Земле?
Сергей Богачев: Во-первых, стоит отметить, что вспышки были еще в среду, 6-го числа. Соответственно, облака плазмы, которые выбрасываются во время вспышки, дошли до нас только в пятницу. «Удар» действительно был сильный, вспышка крупная и скорости высокие, в ночь на пятницу произошла магнитная буря очень высокой мощности – четыре балла по пятибалльной шкале, практически максимальная. Днем в пятницу активность уже спала. Магнитная буря еще продолжается, магнитное поле Земли все еще возмущено, но баллы ее постепенно снижаются.
Солнечная активность носит цикличный характер, и этот цикл хорошо изучен. По сути, он уже 300 лет наблюдается уже и все 300 лет работал как часы. Раз в 11 лет Солнце переходит в состояние максимума активности. Но сейчас мы находимся в минимуме, поэтому сам факт необычен.
С другой стороны, Солнце – это все-таки не часы, не механизм, а сложный физический объект, который мы тем более не до конца понимаем. В каком-то смысле этот факт просто подтверждает нашу беспомощность.
ВЗГЛЯД: Одну из вспышек классифицировали как экстремально сильную – как говорят ученые, класса X9.3. Насколько такое редко бывает?
С. Б.: В нашей истории были события, может быть, в полтора раза более мощные. Но по сочетанию факторов такая крупная вспышка и тот факт, что она произошла при минимуме солнечной активности, – это одно из самых загадочных событий, которые Солнце когда-либо произвело за историю наблюдений с Земли.
ВЗГЛЯД: Говорят, она «сжигает силовые линии» Земли. Звучит страшновато. Но что это значит на самом деле?
С. Б.: Это образное выражение. Дело в том, что магнитное поле, если представить визуально, то это такие стрелки, направленные, скажем, вверх. Представьте, что есть другое поле, стрелки которого направлены вниз. Можно первое поле назвать плюсом, а второе – минусом. Эти поля при таком взаимодействии начинают как бы аннигилировать друг друга. Вот и получается, что поле выброса «сжигает», уничтожает какие-то части магнитного поля Земли. Вещество от выброса, которое обычно полем Земли блокируется, получает возможность проникнуть более глубоко в те слои атмосферы, в которые обычно плазма от Солнца не проникает.
Соответственно, радиационные пояса Земли насыщаются плазмой от Солнца. Это объясняет полярное сияние, которое в Канаде наблюдали в момент «удара», – очень сильное, на широтах до 40 градусов.
ВЗГЛЯД: Влияет ли это как-то на технику?
С. Б.: Полярное сияние можно увидеть, а бури – в каком-то смысле почувствовать. Вспышки сильно влияют на верхние слои атмосферы. В частности, у Земли есть ионосфера, это внешняя оболочка атмосферы, которая содержит нейтральные газы и квазинейтральную плазму. Ионосфера существенно влияет на коротковолновую радиосвязь. По сути, короткие радиоволны просто отражаются от ионосферы. Соответственно, радиолюбителям известно, что при солнечных вспышках, при высокой солнечной активности меняется характер радиосвязи. Она может улучшиться за счет того, что ионосфера становится более плотной, или ухудшиться, если ионосфера колеблется.
Взаимодействие со спутниками затрудняется, потому что в окружающем Землю космическом пространстве сейчас находится множество плазмы, которая преломляет и блокирует сигналы.
Магнитные бури способны влиять на глобальные электрические сети, вызывать в них избыточные токи, скачки напряжения. Однако в последние годы уровень защиты так усилился, что представить себе выход из строя электрических сетей теперь невозможно.
Надо понимать, что мы живем, в некотором смысле, на дне воздушного океана. Можно провести параллель. Наверху 10-балльный шторм на море, тонут корабли, а где-то на глубине нескольких километров плавает рыба и ничего не замечает. Так что на наземную технику вспышки слабо влияют.
ВЗГЛЯД: А здоровье людей?
С. Б.: Метеочувствительные люди замечают перепады давления, какие-то сезонные эффекты. Ряд людей говорят, что чувствуют влияние геомагнитного фона. Я к этой группе не отношусь, поэтому верить, не верить – это личное дело каждого. Здоровье человека – вещь сложная, формулами не описывается. Я ведь не врач, я занимаюсь физикой.
Магнитные бури носят планетарный характер. Нет такого места, куда можно было бы уехать, спрятаться. Если у людей метеочувствительность, надо просто принять обычные меры предосторожности. Знающие про свою склонность к таким эффектам люди понимают это.
ВЗГЛЯД: В ближайшее время вы ожидаете новых вспышек?
С. Б.: Наблюдения показывают, что энергия Солнца пока не исчерпана, продолжаются вспышки. Вместе с тем группа солнечных пятен, которая является центром этой активности, из-за вращения Солнца сейчас все больше уходит в сторону – условно говоря, в сторону солнечного горизонта. Думаю, через день-два она уже окажется совсем «на краю» Солнца, откуда влияние на Землю вообще невозможно. Потом вообще уйдет на другую его сторону.
Если эта серия вспышек снова приведет к какому-то крупному рекорду, скорее всего, это случится уже на другой стороне Солнца. Мы о нем даже не узнаем.
6 сентября в 15:02 (мск) была зарегистрирована самая крупная за последние 12 лет вспышка на Солнце. Мощнейший выброс энергии произошел в период минимальной солнечной активности, что поразило астрономов. Как подобные события влияют на Землю – в материале «Футуриста».
Крупнейшая за последние 12 лет вспышка на Солнце была зарегистрирована Обсерваторией солнечной динамики SDO в активной области 2673. Взрыв мощностью X9.3 (буква показывает принадлежность к классу экстремально больших вспышек, а число — ее силу) произошел в результате взаимодействия двух крупнейших за несколько лет групп солнечных пятен. Судя по радиоизлучению, произошел выброс вещества из короны — внешних слоев атмосферы Солнца. Вспышка последовала за более слабой (X2.2), которая появилась в этой области в 12:10 по мск, а 4 сентября прошла серия вспышек класса М, предыдущего по мощности.
Как пишет Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, это один из мощнейших взрывов, которые только способна производить наша звезда. За 20 лет наблюдений Солнца было зарегистрировано только пять вспышек большей силы (последняя мощностью X17.0 была зарегистрирована в ноябре 2005 года). Самая крупная из них произошла в ноябре 2003 года, ее мощность составила X28.
Как правило, такие события происходят на пике солнечной активности, однако эта вспышка появилась на фоне солнечного минимума - и в этом ее уникальность. Вспышечная активность после взрыва составила 10.3, что соответствует высшему уровню. Ученым продолжают разбираться, что стало причиной такого крупного взрыва в период "затишья" и прогнозировать последствия для Земли и космического пространства. За вспышкой наблюдали лишь зарубежные космические обсерватории. Единственный российский солнечный проект (космическая обсерватория ОКР «Арка») назначен только на 2024 год.
Что такое солнечная вспышка?
Это сильнейший взрыв на Солнце, в результате которого быстро высвобождается колоссальное количество энергии, накопившейся в атмосфере звезды. Он вызывается пересоединением магнитных силовых линий в солнечной плазме . Обычно вспышки возникают в нейтральных областях, расположенных между темными пятнами с противоположной полярностью. Крупные солнечные вспышки чаще всего случаются в период максимальной активности в 11-летнем цикле. Последний максимум текущего солнечного цикла был в апреле 2014 года. Мощные вспышки могут сопровождаться выбросом вещества из солнечной короны.
Как эта солнечная вспышка повлияет на Землю?
По данным космических коронографов (приборов, наблюдающих за солнечной короной и потоками плазмы в ней), произошел крупный выброс солнечного вещества, и он направлен на Землю. В Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца предполагают, что облака плазмы (обычно они составляют 100 млн километров у орбиты Земли и движутся со скоростью 1000 км/c) подойдут к Земле уже 8 сентября и ударят по ее магнитному полю. Время прибытия солнечного вещества пока вычисляется. Точная сила последствий пока не ясна: это зависит от направления магнитного поля в облаке. Если при ударе оно совпадет с земным, последствия будут минимальными: солнечная плазма не прорывается внутрь. Если же магнитные поля будут разнонаправленными, плазма прорвет магнитный щит и устремится в магнитосферу Земли — и тогда по всей планете от экватора до полюсов расцветут полярные сияния и будет бушевать сильная магнитная буря. Определить направление магнитных полей — сложнейшая задача.
По действием потока заряженных частиц верхние слои атмосферы Земли нагреваются. Наряду с интенсивным радиоизлучением это ухудшает точность работы систем навигации и приводит к нарушению работы спутников, радиосвязи и телекоммуникационного оборудования. Особенно страдают спутники на высоких орбитах: либо аппарат становится сильно заряженным во время шторма, и его детали выходят из строя, либо его компоненты подвергаются бомбардировке заряженных частиц. Но предсказать, какой конкретно спутник погибнет, невозможно.
Пока обсерватории мира прогнозируют в ближайшие трое суток магнитную бурю силой 1-2 по 5-балльной шкале, которая будет длиться не менее 24 часов. Ученые отмечают резкие изменения магнитного поля Земли.
А какие еще проблемы могут быть?
Отключение электричества на больших территориях. Самый известный случай произошел в 1989 году в Квебеке. Мощные токи в магнитосфере вызывают чрезмерно высокое напряжение в линиях электропередач и выводят из строя электрические трансформаторы и электростанции. Чаще всего такое происходит ближе к полюсам Земли, где наибольшие индуцированные токи и в регионах с длинными линиями электропередач и где земля плохо ведет.
Верно ли, что из-за солнечных вспышек болит голова и портится настроение?
Да, такое может произойти. На поверхности Земли мы хорошо защищены от воздействия заряженных частиц и рентгеновского излучения Солнца магнитным полем и атмосферой Земли. Небольшое количество частиц с очень высокой энергией, которые достигают поверхности, существенно не увеличивает уровень радиации, который мы испытываем каждый день. Нагревание атмосферы может приводить к изменению атмосферного давления, что может повлиять на метеозависимых людей. Существуют утверждения о влиянии магнитных бурь на здоровье человека, но убедительных доказательств нет. В основном обсуждение вреда геомагнитных бурь идет в российской среде, в то время как за рубежом это обсуждается, но не постулируется.
Космонавты на МКС не страдают от радиации, так как станция находится на достаточно низкой орбите. Но солнечная вспышка может быть опасна для тех, кто летит к Луне или Марсу.
А кардиостимуляторы ломаются?
Кардиостимуляторы могут регистрировать эффекты сильных солнечных бурь, но для пациентов эти "глюки" не опасны.
А на психику солнечные вспышки влияют?
Некоторые исследователи выявляют корреляцию между солнечной вспышкой и ростом числа самоубийств. Однако прямых доказательств нет. Предположительно, геомагнитные бури могут десинхронизировать циркадные ритмы, связанные со сменой дня и ночи, и производство мелатонина, гормона, оказывающего антистрессовый эффект. Шишковидная железа, которая регулирует циркадный ритм и производство мелатонина, чувствительна к изменениям в магнитном поле. Это может повлиять на наше настроение.
