Вспышки на солнце

Столкновение с Венерой

Наконец, самое масштабное из возможных последствий солнечных вспышек — это смещение орбит планет, которое может привести к столкновению Земли и Венеры и концу света. Ныне минимальное расстояние между Землей и Венерой составляет 38 млн километров, на таком отдалении друг от друга планеты оказываются раз в 584 дня. Из-за смещения орбит небесных тел, как уже успели подсчитать астрономы, происходить это сближение теперь будет вдвое чаще — примерно раз в 300 дней. Скорее всего, изменится и минимальное расстояние между планетами.

Фото: pixabay.com

Американские СМИ тут же стали пестрить заголовками о том, что опасное сближение с Венерой грозит Земле в ближайшие 10 лет глобальным изменением климата и вечной мерзлотой. Однако все эти громкие заявления — всего лишь предположения, основанные на буйной фантазии. На самом деле по общему мнению ученого сообщества, смещение орбит действительно может вызвать изменения климата, но не такие масштабные и уж точно не такие быстрые.

Влияние на Землю

Проходит приблизительно 7-10 минут прежде, чем Земля ощущает последствия взрыва на Солнце. Во время вспыхивания вместе с излучением выбрасывается плазма, которая формируется в плазменные облака. Солнечный ветер относит их в стороны Земли, вызывая на нашей планете магнитные бури.

В космическом пространстве взрыв повышает радиационный фон, что может сказаться на здоровье космонавтов, коснуться это может и летящих в самолете людей. Электромагнитная волна от вспышки вызывает помехи у спутников и другого оборудования.

На Земле вспышки могут сильно повлиять на самочувствие людей. Это проявляется в отсутствии концентрации, перепадах давления, головных болях, замедлении мозговой деятельности. Люди с ослабленным иммунитетом, психическими расстройствами, сердечно-сосудистыми нарушениями и хроническими заболеваниями особенно тонко ощущают деятельность солнца на себе.

Чувствительностью обладает и техника. Солнечная вспышка класса Х способна вывести из строя радиоприборы на всей Земле, средняя мощность взрыва затрагивает в основном полярные области.

Лучистый перенос

Внешняя граница ядра находится приблизительно в 150 000 км от центра Солнца (0,2 радиуса). В этой зоне температура снижается до 9 млн градусов. При последующем охлаждении реакции протон-протонного цикла прекращаются — у протонов недостает кинетической энергии для преодоления электростатического отталкивания и слияния в ядро дейтерия. Реакции CNO-цикла там тоже не идут, поскольку их температурный порог даже выше. Поэтому на границе ядра солнечный термояд сходит на нет.

Солнечные пятна Трехмерная модель солнечного пятна, построенная на основе данных, полученных с помощью одного из инструментов (Michelson Doppler Imager) космической обсерватории SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Верхняя плоскость — это поверхность Солнца, нижняя плоскость проходит на глубине 22 тысячи километров. Вертикальная плоскость сечения продолжена до 24 тысяч километров. Цветами обозначены области с различной скоростью звука (по мере убывания — от красной к синей и черной). Сами пятна — это места выхода в солнечную атмосферу сильных магнитных полей. Они видны как участки с пониженной температурой на поверхности Солнца, обычно они окружены более горячими активными областями — факелами. Количество пятен на Солнце изменяется с периодом в 11 лет (чем их больше — тем больше активность Солнца).

Ядро окружено мощным сферическим слоем, который заканчивается на вертикальной отметке в 0,7 солнечного радиуса. Это лучистая зона (англ. radiative zone). Она заполнена водородно-гелиевой плазмой, плотность которой по мере движения от внутренней границы зоны к внешней сокращается в сотню раз, от 20 до 0,2 г/см3. Хотя внешние плазменные слои холоднее внутренних, температурный градиент там не настолько велик, чтобы возникли вертикальные потоки вещества, уносящие тепло от нижних слоев к верхним (такой механизм теплопереноса называется конвекцией). В надъядерном слое никакой конвекции нет и быть не может. Выделяемая в ядре энергия проходит сквозь него в виде квантов электромагнитного излучения.

Как это происходит? Рожденные в центре ядра гамма-кванты рассеиваются в его веществе, постепенно теряя энергию. До границы ядра они добираются в виде мягкого рентгена (длина волны порядка одного нанометра и энергия 400−1300 эВ). Тамошняя плазма для них почти непрозрачна, фотоны могут преодолеть в ней расстояние всего лишь в доли сантиметра. При столкновении с ионами водорода и гелия кванты отдают им свою энергию, которая частично уходит на поддержание кинетической энергии частиц на прежнем уровне, а частично переизлучается в виде новых квантов большей длины. Так что фотоны постепенно диффундируют через плазму, погибая и рождаясь вновь. Блуждающие кванты легче уходят вверх (где вещество менее плотно), нежели вниз, и поэтому лучистая энергия перетекает из глубин зоны к ее внешней границе.

Поскольку в зоне лучистого переноса вещество неподвижно, она вращается вокруг солнечной оси как единое целое. Но лишь до поры до времени. Во время перемещения к поверхности Солнца фотоны проходят все более длинные дистанции между столкновениями с ионами. Это означает, что разница в кинетической энергии излучающих и поглощающих частиц все время возрастает, ведь солнечная материя на бóльших глубинах горячее, чем на меньших. В результате плазма дестабилизируется и в ней возникают условия для физического перемещения вещества. Зона лучистого переноса переходит в конвективную зону.

Солнечная корона Фотография солнечной короны, сделанная во время полного солнечного затмения 26 февраля 1998 года. Корона — это внешняя часть солнечной атмосферы, состоящая из разреженного водорода, разогретого до температуры порядка миллиона градусов Цельсия. Цвета на снимке — синтетические, и обозначают уменьшающуюся яркость короны по мере удаления от Солнца (синее с розовым пятно в центре — это Луна).

Интенсивность геомагнитных бурь

Геомагнитные бури имеют несимметричный по времени характер развития: в среднем фаза нарастания возмущения (главная фаза бури) составляет около 7 часов, а фаза возвращения к исходному состоянию (фаза восстановления) — около 3 суток.

Интенсивность геомагнитной бури обычно описывается индексами Dst (англ. ) и Kp. С ростом интенсивности бури индекс Dst уменьшается. Так, умеренные бури характеризуются Dst от −50 до −100 нТл, сильные — от −100 до −200 нТл и экстремальные — выше −200 нТл.

Во время магнитной бури возмущения магнитного поля на поверхности Земли имеют величину менее или порядка 1 % от величины стационарного геомагнитного поля, так как последнее варьируется от 0,34 Э у экватора до 0,66 Э у полюсов Земли, то есть приблизительно равно (30-70)⋅103 нТл.

Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет чёткую 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. Это означает, что в годы солнечного максимума человечество до 50 % времени года живёт в условиях умеренных и сильных бурь, а за свою 75-летнюю жизнь среднестатистический человек проживает в условиях умеренных и сильных бурь в общей сложности 2250 бурь или около 15 лет.
Распределение геомагнитных бурь по их интенсивности имеет в области высоких интенсивностей быстро спадающий характер, и поэтому экстремально сильных магнитных бурь за историю их измерения было сравнительно мало.

Мощнейшей геомагнитной бурей за всю историю наблюдений была геомагнитная буря 1859 года («событие Кэррингтона»).

За последние 25 лет XX столетия (1976—2000 годы) было зарегистрировано 798 магнитных бурь с Dst ниже −50 нТл, а за последние 55 лет (с 1 января 1957 года по 25 сентября 2011 года) наиболее сильными бурями с Dst ниже −400 нТл были события 13 сентября 1957 года (Dst = −427 нТл), 11 февраля 1958 (Dst = −426 нТл), 15 июля 1959 (−429 нТл), 13 марта 1989 (−589 нТл) и 20 ноября 2003 (−472 нТл).

Важным вопросом остаётся вопрос о частоте возникновения на Земле наиболее сильных магнитных бурь. Так как экстремальных магнитных бурь было зарегистрировано мало, то надёжно вычислить функцию распределения бурь по их интенсивности в области больших бурь (Dst < −200 нТл) не представляется возможным. Поэтому сначала функция распределения определяется в той области, где количество измерений достаточное, а затем полученная функция экстраполируется в область экстремальных бурь. Полученные таким образом оценки указывают, что магнитные бури типа бури 1989 года (Dst = −589 нТл) в среднем наблюдаются один раз в 25 лет, а типа кэррингтоновской бури 1859 года (Dst ≈ −1700 нТл) — не чаще одного раза в 500 лет.

Мощный выброс плазмы произошел на Солнце, ожидается магнитная буря

Мощный выброс плазмы произошел на Солнце в воскресенье утром, плазма достигнет Земли в среду и может вызвать яркие полярные сияния, а также магнитные бури, сообщила в понедельник вечером пресс-служба Гарвард-Смитсонианского центра астрофизики. Вместе с тем, российские ученые сомневаются в оправданности этого прогноза.

«Выброс был направлен прямо в нашу сторону, ожидается, что он доберется до нас рано утром 4 августа», — сказал сотрудник центра Леон Голуб (Leon Golub).

Корональные выбросы — выбросы миллионов тонн плазмы, как правило, связаны с динамическими процессами в магнитном поле Солнца. В том случае если ионизованный газ достигнет Земли, он может вызвать возмущения в земной магнитосфере, то есть стать причиной магнитной бури.

По словам Голуба, это первый за довольно продолжительное время корональный выброс, направленный в сторону Земли. Он был зафиксирован камерой солнечной космической обсерватории НАСА SDO (Solar Dynamics Observatory), которая была запущена в феврале.

Вместе с тем, сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Физического института имени Лебедева (ФИАН) Сергей Богачев подчеркнул, что точность этого прогноза не может быть очень высокой.

«Обсерватория SDO является великолепным солнечным инструментом, лучшим из работающих сегодня, однако не приспособлена для исследования космической погоды. Причина в том, что у телескопов SDO очень малое поле зрения — они просто не видят окружающее Солнце пространство. Данные же приборов с широким полем зрения, прежде всего коронографа, установленного на космической обсерватории SOHO, показывают, что корональный выброс «ушел» в сторону от направления на Землю. На снимках хорошо видно, как выброс развивается. Он направлен к востоку от Солнца, то есть он в принципе не может достичь нашей планеты», — сказал собеседник агентства.

Ученый отметил, что интерес американских ученых к космической погоде не случаен. Правительства и национальные агентства большинства стран, вкладывая средства в солнечные космические обсерватории, рассчитывают на решение не только фундаментальных физических задач, но и прикладных проблем. В результате научная группа SDO сейчас ищет и опробует свежие идеи в этом направлении. В данном случае ими сделан несколько необычный прогноз, основанный на наблюдении темных волокон на диске Солнца. Динамика этих волокон, по их мнению, свидетельствует о развитии коронального выброса.

«По моему мнению, надежно предсказывать по этим волокнам направление движения выбросов вряд ли возможно, тем более, что по другим приборам мы явно видим, что выброс пошел мимо Земли», — сказал Богачев.

«Впрочем, узнать, кто прав, а кто нет, можно будет уже очень скоро — уже сегодня вечером или завтра утром, когда поступят соответствующие данные по состоянию земной магнитосферы», — добавил ученый.

РИА Новости

Как прогнозировать солнечные бури?

Ученые пытаются понять, что именно приводит к возникновению таких мощных вспышек на Солнце и как можно прогнозировать эти явления.

Наблюдения за магнитным полем Земли начались в середине XIX века. Согласно полученным данным, экстремальные «погодные» условия в космосе наблюдаются каждые 100 лет, а менее масштабные погодные катаклизмы могут происходить чаще. В 1859 году была зафиксирована мощнейшая за всю историю наблюдений геомагнитная буря, которую называют «Событием Кэррингтона». С 28 августа по 2 сентября 1859 года на Солнце наблюдались многочисленные пятна и вспышки. Северные сияния происходили по всему миру, даже над Карибами. Буря привела к отказу телеграфных систем по всей Европе и в Северной Америке.

Если такая буря повторится, последствия будут куда более масштабными и чувствительными для человечества, чем в середине XIX века.

Image caption

Наша жизнь все больше зависит от технологий

С каждым годом человечество становится все более зависимым от технологий.

В наши дни космические спутники — ключевое звено глобальной системы связи и навигации, самолеты соединяют континенты, а вся Земля опутана электрическими сетями.

Все эти системы очень уязвимы, если происходят солнечные бури. От вспышек на Солнце может пострадать электронное оборудование самолетов и космических кораблей, энергетические системы на Земле тоже могут быть выведены из строя.

За последнее время от солнечной активности пострадало немало спутников и электросетей — достаточно для того, чтобы убедиться в необходимости своевременного прогнозирования происходящего на Солнце.

Над решением этой задачи работают метеорологи и астрономы всего мира.

Сейчас метеорологи могут точно спрогнозировать солнечную бурю за шесть часов до ее начала. Для Британии, например, такое прогнозирование может сократить возможный ущерб с 16 млрд фунтов (20,6 млрд долларов) до 3 млрд фунтов (3,86 млрд долларов).

Image caption

Обсерватория на вершине вулкана Мауна-Кеа на острове Гавайи

Экстремальные «погодные» условия в космосе — в числе основных рисков для Британии, наряду с такими традиционными рисками, как пандемия гриппа и наводнение.

Британское правительство проводит переговоры с энергетическими компаниями, авиакомпаниями, операторами космических систем по поводу плана действий на случай возникновения солнечных бурь. Эти планы должны помочь стране минимизировать потери от них и других экстремальных событий в космосе.

Важно, например, предусмотреть, чтобы в случае нарушения работы энергетических систем оставалось достаточно энергии для обеспечения работы холодильников с запасами продуктов и медикаментов. Если связь с частью спутников будет потеряна, система спутниковой навигации и спутниковое телевидение могут перестать работать

Если связь с частью спутников будет потеряна, система спутниковой навигации и спутниковое телевидение могут перестать работать.

Точное прогнозирование возможных вспышек и магнитных бурь на Солнце помогло бы принять более эффективные меры для защиты оборудования, чувствительного к изменению магнитного поля.

Маршрут некоторых авиарейсов проходит через Северный полюс. Этим путем, например, довольно часто летают самолеты из Европы в Северную Америку. Во время вспышек на Солнце диспетчеры обычно меняют траекторию полета лайнера так, чтобы он не летел через полюс.

Это делается для того, чтобы избежать воздействия высокого радиационного излучения и возможных перебоев в радиосвязи.

Влияние на человека

За год мы переживаем порядка 50–60 магнитных бурь, но оказывают ли они непосредственное влияние на организм? Этот вопрос остается дискуссионным среди ученых. Но факты говорят сами за себя: во время геомагнитных бурь многие люди чувствуют себя плохо, жалуются на перепады давления, головные боли, сонливость и усталость. Во время магнитной бури происходят изменения в окружающей среде: в частности, меняется атмосферное давление. Здоровый человек это вряд ли почувствует. А вот на людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями солнечная погода может оказывать негативное влияние.

«Это доказано статистически: во время больших магнитных бурь в два раза увеличивается количество инфарктов и инсультов. Проверено в разных местах Земли! В организме человека циркулирует около 5 л крови. И когда мы сдаем анализы, в крови оценивается такая реакция, как скорость оседания эритроцитов. Была замечена четкая закономерность: этот показатель меняется в зависимости от магнитной активности», — говорит Сергей Гайдаш, руководитель Центра прогнозов космической погоды Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН).

В ИЗМИРАН был разработан перечень рекомендаций для лиц с инфарктом миокарда и артериальной гипертензией по приему различных медицинских препаратов в зависимости от геомагнитной активности, а также создан автоответчик, который круглосуточно сообщает о состоянии геомагнитного поля и дает прогноз (можно звонить по телефону 8 (495) 851–19–34). Потенциальные инсультники могут получить информацию о рисках космической погоды и с помощью врача или самостоятельно принять меры: скорректировать дозу медикаментов, обеспечить себе покой и т. д.

Недавно японские ученые выяснили, что магнитные бури повышают риск суицида среди мужчин. Такие выводы они сделали на основе анализа статистики самоубийств с начала 1999 по конец 2008 года. Была обнаружена четкая корреляция между магнитными возмущениями и суицидом среди японцев мужского пола.

Магнитные бури онлайн. Прогноз магнитных бурь

Роль звездных вспышек в зарождении жизни

Как ни странно, ученые полагают, что солнечные бури были ключом к зарождению жизни на Земле. 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 ледяным шаром. 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 Земля имеет сильное магнитное поле, 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. Постоянная цепь звездных извержений и ливней из частиц может содрать атмосферу, если магнитосфера слишком слаба. Понимание этих процессов поможет ученым определить, какие звезды и какие планеты могут быть гостеприимными для жизни.

Солнечная буря 1972 года

27 июля 1972 года астрономы отметили крупный центр активности, восходящий из-за восточной кромки Солнца. Начались сияния и выбросы на лимбе, увеличилась яркость короны, повысился поток радиоизлучения. Первая сильная вспышка с мощным диапазоном зафиксирована 2 августа.

4 августа произошел второй всплеск активности. Через некоторое время спутники зафиксировали внушительные потоки протонов, что говорило о резком ускорении солнечных частиц. Вторая вспышка оказала внушительное влияние на процессы в верхних слоях земной атмосферы.

Третья вспышка случилась 7 августа. Она была самая мощная в видимом диапазоне, но ее влияние было меньше по сравнению с предыдущим всплеском.

Надо сказать, что большие солнечные волнения весьма опасны для космонавтов. Во время бури 1972 года на околоземной орбите работал корабль «Аполлон-16». Космонавты лишь немного не попали под воздействие вспышки уровня Х2. Если бы не везение, они бы подверглись большому облучению в три сотни Бэр, от которого погибли бы максимум за 3-4 недели.