Угроза солнечной супербури растет, а мы к ней не готовы

26.04.2024, Phil Plait, Scientific American

Когда-нибудь неудачная вспышка на Cолнце может обрушиться на Землю и вывести из строя большую часть нашей электроники - и уже были случаи, когда мы находились слишком близко к этому.

Активность Солнца растет в большому году.

В каком-то смысле год уже выдался удачным благодаря солнечному затмению 8 апреля. Но это было земное явление. То, к чему мы готовимся, явно солнечное - наша звезда приближается к пику своего цикла активности, что означает больше солнечных пятен, больше штормов и, потенциально, большую опасность для Земли.

Магнитное поле Солнца генерируется внутри него, где условия настолько горячие, что электроны отрываются от своих атомов, образуя ионизированный газ. Основной закон физики гласит, что движущиеся электрические заряды генерируют магнитное поле, и именно этот магнетизм, индуцированный ионизированным газом, так глубоко влияет на поведение Солнца.

В отличие от Земли, которая имеет довольно сильное и хорошо организованное магнитное поле, подобное полю одного гигантского стержневого магнита, на Солнце доминируют бесчисленные локально генерируемые поля. Каждое из них формирует свою часть солнечного интерьера. Реальная динамика этого магнетизма чрезвычайно сложна, но для упрощения можно представить себе общую силу магнитного поля нашей звезды как возрастающую и убывающую в течение периода примерно в 11 лет - то, что мы называем циклом солнечной активности.

Горячий материал внутри Солнца поднимается на поверхность и после охлаждения снова опускается в процессе, называемом тепловой конвекцией, что очень похоже на воду в кипящем чайнике. Это похоже на конвейерную ленту для звездной энергии и является частью процесса, посредством которого большая часть адского тепла из недр Солнца выходит из Солнца в космос, чтобы принести на нашу планету поддерживающее жизнь тепло. Лицо Солнца украшено миллионами этих постоянно меняющихся конвекционных ячеек; каждая сопровождается собственным внутренним магнитным полем.

Вблизи поверхности Солнца линии магнитного поля, исходящие от одной возвышающейся конвекционной ячейки, могут перепутаться с линиями других. Эти клубки могут действовать как барьер, предотвращающий опускание более холодного материала обратно вниз. Вместо этого они просто сидят на поверхности, излучая свою энергию. Более холодный материал темнее, поэтому мы видим эти области как пятна на Солнце, которые мы называем солнечными пятнами. Их число резко возрастает во время солнечного максимума.

Мы говорим, что в этих регионах прохладнее, но по земным меркам там все еще чертовски жарко. По отдельности они были бы такими же яркими, как полная луна; они просто выглядят темными по сравнению с другой поверхностью Солнца. Большинство пятен имеют диаметр в несколько тысяч километров, но некоторые вырастают огромными, больше Земли. Самое большое из них может быть огромным, в несколько раз шире нашей планеты и видимо невооруженным глазом, защищенным должным образом. (Очков для затмения, которые, возможно, все еще лежат у вас, будет достаточно.)

Когда эти локализованные магнитные поля прорываются через поверхность Солнца, они могут поднимать петли магнитных полей огромной силы, увлекая за собой материал и создавая невероятно высокие светящиеся шпили, называемые протуберанцами. Некоторые из них могут иметь высоту в десятки тысяч километров, и все они окрашены в красный цвет от свечения горячего водорода. Некоторые из них были видны во время апрельского затмения, протягиваясь в небе у диска Луны, закрывающего звезду.

Несмотря на свою известность, эти протуберанцы являются относительно безобидным явлением. Однако магнитные поля, которые их формируют, могут вызвать вполне реальную опасность.

Запутанные силовые линии, исходящие от солнечных пятен, хранят огромное количество энергии и могут взаимодействовать, разрываться и повторно соединяться, высвобождая эту энергию. Иногда это относительно незначительное событие, но в других случаях высвобождение энергии вызывает разрыв и повторное соединение большего количества линий, высвобождая больше энергии, что приводит к безудержному каскаду триггерных событий. Можно представить это как мешок с мышеловками: она захлопывается и толкает мешок, заставляя другие захлопываться снова и снова, быстро разряжая накопленную энергию в одном взрывном событии.

Теперь представьте, что каждая из этих мышеловок эквивалентна, скажем, нескольким сотням миллионов термоядерных бомб, и вы начнете понимать, что самый ужасный научно-фантастический апокалипсис даже близко не приближается к мощности солнечной вспышки.

Большие вспышки испускают высокоэнергетическое рентгеновское и гамма-излучение, которое может повредить спутники на орбите Земли; когда эти фотоны ударяются о металлический корпус космического корабля, они разбрасывают облака электронов, как шрапнель, и эти быстродвижущиеся частицы генерируют сильные импульсы электромагнитной энергии, разрушающие оборудование. Такие вспышки являются одной из основных причин, по которым инженеры космических кораблей защищают бортовые компьютеры от радиации, чтобы предотвратить их короткое замыкание.

Корональные выбросы массы, или КВМ (CMEs), также являются невероятно мощными солнечными явлениями. Если солнечные вспышки похожи на торнадо - локальные, но интенсивные, то КВМ — на гораздо более сильные ураганы. Они не излучают много видимого света, но выбрасывают в космос более миллиарда тонн водорода, иногда со скоростью несколько тысяч километров в секунду.

Если один из них будет нацелен на Землю, он может взаимодействовать с геомагнитным полем нашей планеты, вызывая всевозможные разрушения. Удар КВМ может направить огромное количество электронов к нашим северному и южному полюсам, создавая впечатляющие полярные сияния. Но другие эффекты не столь привлекательны: внезапные колебания магнитного поля могут вызвать невероятно сильные электрические токи внутри Земли. Они могут вывести из строя наши электрические сети и вызвать массовые отключения электроэнергии. Жестокий CME в 1989 году вызвал отключение электроэнергии в Квебеке, которое длилось несколько дней.

Вместе мы называем вспышки и КВМ солнечными бурями, и ученые относятся к ним очень серьезно. Первая когда-либо обнаруженная солнечная буря, получившая название «Событие Кэррингтона», произошла в 1859 году и была невероятно мощной; если бы сегодня что-то столь же мощное поразило нашу, гораздо более опутанную сетями Землю, это вызвало бы массовые отключения электроэнергии и хаос, поскольку взорвались бы трансформаторы и вышли из строя спутники. В 2012 году на Солнце разразился чудовищный шторм, по меньшей мере такой же мощный, как и в 1859 году. К счастью, он был нацелен не на Землю; он промахнулся на десятки миллионов километров. Но если бы это ударило по нам, это было бы очень, очень плохо.

Растущее количество фактов также намекает на то, что Солнце гораздо реже вызывает по-настоящему апокалиптические штормы. Данные колец древних деревьев и ледяных кернов позволяют предположить, что в 774 году нашей планеты на нашу планету обрушился солнечный шторм, который был настолько мощным, что существенно изменил химию нашей атмосферы. Подобные данные из еще более далекого прошлого лучше всего объясняются другой эпохальной солнечной бурей, произошедшей в 7176 году до нашей эры; возможно, это было самое мощное извержение Солнца, поразившее Землю за последние 10 000 лет.

Очень маловероятно, что такой блокбастер обрушится на нас в этом цикле, но мы наблюдаем повышенную активность Солнца. По крайней мере, два солнечных пятна за последние недели стали настолько большими, что их можно было увидеть невооруженным глазом, а также произошло несколько довольно мощных вспышек. Это не значит, что вам нужно беспокоиться о каждой возникающей вспышке, но в долгосрочной перспективе эти штормы представляют собой угрозу, с которой нам нужно иметь дело.

Хотя мы недостаточно подготовлены к такому глобальному событию, как должны были бы (укрепление электросети и повышение ее децентрализации было бы хорошим началом), но хорошая новость заключается в том, что астрономы усердно изучают Солнце, чтобы лучше понять и предсказать его вспышки. Несколько космических обсерваторий, таких как Солнечная и гелиосферная обсерватория, Обсерватория солнечной динамики и солнечный зонд Паркер, наблюдают за нашей звездой 24 часа в сутки, а недавно открытая Солнечная обсерватория Дэниела К. Иноуе видит Солнце в беспрецедентных деталях, давая нам представление о нем. его структуре и магнитной активности.

Солнце обеспечивает свет, тепло и жизнь для нас на Земле, но оно также является звездой - огромным шаром термоядерной и электромагнитной ярости - и нам всем было бы хорошо никогда об этом не забывать.

Фил Плэйт - профессиональный астроном и научный популяризатор из Вирджинии. Он ведет информационный бюллетень Bad Astronomy. Следуйте за ним онлайн.

Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)
Оригинал: The Threat of a Solar Superstorm Is Growing—And We’re Not Ready

Научные статьи:
О солнечной активности как возможном факторе социально-политической дестабилизации

Солнечная активность и глобализация социально-политических мегатрендов

Влияние солнечной активности на мировую историю на основе теории А.Л.Чижевского