Что такое солнечная вспышка?
Солнечное пятно или другой источник высвобожденной магнитной энергии может привести к солнечной вспышке, которая представляет собой мощную радиационную вспышку. Они относятся к самым бурным и крайне интересным, а также необычайно энергичным явлениям в нашей Солнечной системе.
Они выглядят как яркие пятна на Солнце и могут длиться от нескольких минут до нескольких часов. Часто можно увидеть фотоны (или свет), которые генерирует солнечная вспышка практически на всех длинах волн. Два основных метода отслеживания вспышек — это рентгеновское излучение и оптический свет. Вспышки также ускоряют частицы, например, электроны, протоны и более тяжелые частицы.
Что такое солнечная буря?
Крупномасштабное магнитное возмущение, известное как «солнечная буря» (геомагнитная буря), часто может привести к выбросу корональной массы и солнечной вспышке, которые разгоняют заряженные частицы в солнечной атмосфере до чрезвычайно высоких скоростей.
На самом деле Солнце представляет собой гигантский шар расплавленных газов в постоянном движении, в отличие от того, как его обычно воспринимают в качестве постоянного источника ослепительного света. Солнечные бури возникают, когда Солнце испускает крупномасштабные всплески энергии в виде солнечных вспышек и корональных выбросов массы (КВМ). Во время этих явлений электрические заряды и магнитные поля могут устремляться к Земле со скоростью около трех миллионов миль в час.
Эти явления обычно начинаются как огромные взрывы на поверхности Солнца. Взрывная сила этих вспышек, также известных как солнечные вспышки, подобна силе миллиардов ядерных бомб.
Во время солнечных вспышек часто выбрасываются огромные потоки заряженной плазмы, движущиеся со скоростью несколько миллионов километров в час. Эти потоки известны как корональные выбросы массы, или КВМ. Геомагнитные бури, вызванные КВМ, которые ударяют в Землю, могут оказывать влияние на спутники и электрические сети.
Например, в феврале 2011 года КВМ, вызванная очень мощной солнечной вспышкой, нарушила радиосвязь в Китае. По мнению некоторых аналитиков, крупная солнечная буря потенциально может нанести почти в 20 раз больший экономический ущерб, чем самый мощный ураган.
По мнению исследователей, изучающих солнечные бури, частота солнечных вспышек контролируется 11-летним солнечным циклом. Когда Солнце находится на максимуме или минимуме, может происходить несколько солнечных бурь в день или всего одна в неделю.
Что вызывает солнечную вспышку?
На поверхности Солнца идет активная деятельность. Она содержит электрически заряженные газы, которые в некоторых регионах создают сильные магнитные поля.
Поверхность Солнца — очень активное место. Электрически заряженные газы генерируют мощные магнитные поля. Эти магнитные поля постоянно растягиваются, скручиваются и запутываются под действием вращающихся газов Солнца. В результате этого движения поверхность Солнца испытывает большую солнечную активность.
Хотя поверхность Солнца может быть довольно активной, в другое время она может быть несколько спокойнее. По мере прохождения солнечного цикла уровень солнечной активности увеличивается. Поскольку солнечная активность может оказывать влияние на Землю, астрономы постоянно отслеживают ее.
Как правило, астрономы следят за тем, что называется солнечными пятнами. Но что это такое?
Темные пятна на поверхности Солнца называются солнечными пятнами. Поскольку они холоднее, чем другие участки поверхности Солнца, они кажутся темными. Но даже в этом случае солнечное пятно остается довольно горячим — где-то около 6500 градусов по Фаренгейту!
Почему солнечные пятна имеют более низкую температуру? Потому что они образуются в местах с очень сильными магнитными полями. Из-за того, насколько сильны эти магнитные поля, часть тепла из недр Солнца не достигает его поверхности.
Вблизи солнечных пятен линии магнитного поля часто перестраиваются, пересекаются и спутываются. В результате этого может произойти солнечная вспышка — быстрый взрыв энергии. Во время солнечных вспышек в космос выбрасывается большое количество радиации. Сильное излучение от солнечной вспышки может помешать радиосвязи на Земле.
Каковы различные типы солнечных бурь?
Как мы уже объясняли ранее, солнечная буря — это термин, используемый для описания извержений массы и энергии с поверхности Солнца, которые могут распространяться по гелиосфере, потенциально влияя на всю Солнечную систему.
Когда Солнце генерирует мощные энергетические всплески, такие как солнечные вспышки и выбросы корональной массы, возникают солнечные бури. В результате этих явлений высокоскоростные электрические заряды и магнитные поля быстро направляются к Земле.
Одним из последствий солнечной бури для Земли является образование сильных аврор, таких как «северное сияние», которое можно наблюдать в районах вблизи полярного круга. Нарушение работы спутников и других электронных систем связи является одним из негативных последствий солнечных бурь.
Солнечную активность, связанную с космической погодой, иногда разделяют на четыре основных компонента:
Солнечные вспышки: Солнечная вспышка — это резкое увеличение яркости в области на Солнце, которое обычно наблюдается вблизи его поверхности или вблизи солнечного пятна или группы солнечных пятен. Выброс корональной массы часто, но не всегда, происходит вместе с сильными вспышками. В контексте общего солнечного облучения, часто называемого «солнечной постоянной», даже самые сильные вспышки едва заметны.
Корональный выброс массы (КВМ): Они могут быть связаны с солнечными вспышками или происходить сами по себе. Они связаны с внезапным и сильным выбросом газовых масс и магнитных полей. Крупная КВМ может содержать миллиард тонн вещества, разогнанного до нескольких миллионов миль в час в результате огромного взрыва. Крупные КВМ могут также привести к геомагнитным бурям — серьезным нарушениям в магнитосфере Земли, которые происходят при большом обмене энергией от солнечного ветра в окружающее Землю пространство. Геомагнитные бури возникают в результате колебаний солнечного ветра, которые приводят к значительным изменениям токов, плазмы и полей в магнитосфере Земли.
Солнечная буря: Солнечная буря возникает, когда Солнце испускает огромные всплески энергии в виде солнечных вспышек и выбросов корональной массы. Кратковременное нарушение магнитосферы Земли происходит в результате взаимодействия магнитных полей Солнца и Земли.
События, связанные с солнечными частицами: Солнечное событие с частицами, также известное как солнечное протонное событие (SPE) или быстрое протонное событие, происходит, когда частицы (в основном протоны), испускаемые Солнцем, ускоряются либо ударами коронального выброса массы в межпланетном пространстве, либо вспышками, которые происходят вблизи Солнца во время события.
Насколько опасны солнечные бури?
Когда Солнце находится в активной фазе своего 11-летнего цикла, наблюдатели, смотрящие в телескопы со специализированными солнечными фильтрами и делающие фотографии Солнца, могут увидеть темные солнечные пятна, усеивающие его поверхность. Солнечные вспышки, одни из самых взрывных событий в нашей Солнечной системе, и короткие, но впечатляющие и мощные всплески радиации, сохраняющиеся на поверхности Солнца от нескольких минут до многих часов, будут зафиксированы космическими обсерваториями.
Сильные КВМ также иногда выбрасываются в межпланетную среду от Солнца. Эти огромные пузыри газа и магнитных полей могут содержать до миллиарда тонн заряженных частиц и иметь скорость до нескольких миллионов миль в час. Это солнечное вещество устремляется в космос и иногда сталкивается с Землей.
На поверхности Земли солнечные бури не представляют особой угрозы для людей. Хотя мысль об этих бурях вызывает ужас, они не могут причинить нам вреда, пока мы находимся на поверхности Земли, где мы защищены от прямого воздействия заряженных частиц атмосферой и земным магнитным полем. Заряженные частицы вращаются вокруг линий магнитного поля и распространяются к полюсам или задерживаются в радиационных поясах. Подобным образом магнитное поле также обеспечивает защиту от КВМ.
Какую угрозу представляет солнечная буря в космическом пространстве? Крайне высокоэнергетические частицы, такие как переносимые КВМ, могут подвергнуть людей и технику высокому уровню радиации и сильным радиовсплескам. Они могут представлять угрозу для незащищенных астронавтов, например, отправляющихся на Луну, а также для любой незащищенной технологии, на которую они полагаются. Значительные дозы могут оказаться смертельными.
На поверхности Земли солнечные бури и их последствия не представляют прямой угрозы для людей и животных. Мы защищены от воздействия солнечных вспышек атмосферой и магнитосферой Земли.
Однако солнечные бури могут представлять значительную угрозу для наших технологий. Магнитное поле Земли кратковременно возмущается, когда КВМ попадает в атмосферу, что может привести к геомагнитным бурям.
Сильные, поляризованные радиовсплески могут влиять на навигационные системы GPS. Если она будет нарушена даже на 15 минут, что является типичной продолжительностью вспышки радиовсплеска, это может вызвать технологический сбой во многих устройствах. Заряженные частицы также могут повредить или, возможно, уничтожить спутники на орбите, если они недостаточно защищены, и способны создавать помехи для систем навигации и связи.
Они могут повлиять на электросети и, как известно, вызвать полное локальное или даже региональное отключение электричества. Один из ярких примеров произошел 13 марта 1989 года. Во время этого события КВМ, возникший тремя днями ранее, отключил электричество в северо-восточных районах США и Квебеке. Миллионы людей пострадали от отсутствия электричества, которое продолжалось около девяти часов.
Однако солнечные бури, гораздо более мощные, чем та, которая привела к отключению электричества в 1989 году на северо-востоке США и в Квебеке, вполне возможны. Например, 28 августа 1859 года произошла самая сильная солнечная вспышка за всю историю наблюдений. Его иногда называют «солнечным суперштормом 1859 года» или «событием Кэррингтона» в честь астронома-любителя Ричарда К. Кэррингтона, который наблюдал и задокументировал его.
Вместо обычных трех или четырех дней сопровождавший его выброс корональной массы (КВМ) достиг Земли примерно за 17 часов. Произошла самая большая геомагнитная буря из когда-либо наблюдавшихся.
Во время этого события по всему миру были замечены авроры. В Европе и Северной Америке произошел сбой в работе телеграфной системы.
Что произойдет, если солнечная буря такой силы разразится сегодня? И вероятно ли, что солнечная буря такой силы повторится в течение нашей жизни? Никто не знает ответов на эти вопросы.
Однако ученые прилагают все усилия, чтобы понять солнечные бури и их последствия. Например, исследователи предположили, что в отключении электроэнергии в Новой Зеландии в 2001 году виновата солнечная буря.
Этот вывод, если он верен, особенно важен, поскольку Новая Зеландия расположена не в высоких широтах (как, например, Квебек). Она находится в тех же средних широтах, что и большая часть Соединенных Штатов. Согласно исследованию 2012 года, влияние солнечных бурь может распространяться на более населенные средние широты.
Ученые постоянно наблюдают за Солнцем из космоса и с поверхности Земли, например, в Центре прогнозирования космической погоды. Они наблюдают за солнечными бурями, которые потенциально могут оказать влияние на Землю. В конце концов, солнечная буря должна произойти на той стороне Солнца, которая обращена к Земле, чтобы повлиять на нас здесь, на Земле.
Обычно КВМ достигают Земли за несколько дней, что позволяет спутникам быстро отключить свои системы и оставаться в безопасности во время приближения крупного КВМ. Аналогичным образом, земные энергосистемы могут быть перестроены с достаточным уведомлением, чтобы добавить дополнительное заземление или подготовиться иным образом.
Грозит ли нам опасность от особенно мощной солнечной бури, которая по своим размерам может сравниться с «событием Каррингтона»? Некоторые считают, что да.
Для того чтобы разработать системы и процедуры, которые помогут пережить столь сильное воздействие солнечных выбросов, правительства и ученые начинают уделять больше внимания этому вопросу. Однако пока наш современный взаимосвязанный мир крайне плохо подготовлен к такому событию.
Некоторые интересные факты о солнечных вспышках
Выше мы уже рассказали о многом, но если вы хотите узнать несколько быстрых и интересных фактов об этих невероятных природных явлениях, то читайте дальше.
1. Самые быстрые солнечные выбросы могут долететь до Земли за считанные дни
Корональные выбросы массы (КВМ), огромные выбросы энергии и материала, которые могут двигаться со скоростью около 620 миль в секунду (1000 километров в секунду), иногда ассоциируются с солнечными вспышками. В месте выброса эти КВМ могут преодолеть расстояние между Солнцем и Землей за несколько дней.
2. По сравнению с вулканами, солнечные вспышки излучают в десять миллионов раз больше энергии.
Хотите верьте, хотите нет, но солнечная вспышка гораздо мощнее вулканического извержения. Солнечная вспышка, вызванная магнитными полями, может выбросить миллиарды тонн заряженных частиц за считанные минуты.
«Энергия, излучаемая солнечной вспышкой, более чем в миллион раз превышает энергию вулканического взрыва на Земле! Хотя солнечные вспышки могут быть видны в белом свете, часто их легче заметить по яркому рентгеновскому и ультрафиолетовому излучению», — пояснили в Центре научного образования UCAR.
Мало того, по данным НАСА, солнечные вспышки могут высвободить столько же энергии, сколько миллиард мегатонн тротила. Для сравнения, мощность атомной бомбы в Хиросиме составляла около 13 000 тонн тротила.
3. В пиковые периоды на Солнце может происходить более 20 вспышек каждый день.
При достижении солнечного максимума Солнце может производить около 100 солнечных вспышек каждую неделю. Это период 11-летнего цикла, когда солнечная активность наиболее интенсивна.
К счастью, большинство из них не направлены в сторону Земли.
4. Солнечные вспышки горячее, чем ядро Солнца.
Температура внутри солнечной вспышки обычно достигает 10 или 20 миллионов градусов по Кельвину и может достигать 100 миллионов градусов по Кельвину. Для сравнения, ядро Солнца обычно достигает температуры около 27 миллионов градусов F (15 миллионов градусов C).
5. Они могут посеять хаос в электрических системах и устройствах.
В марте 1989 года электросеть канадской компании Hydro-Quebec была серьезно повреждена мощным КВМ, который был одним из самых больших из когда-либо зарегистрированных. Такие события показывают нам, насколько мощным может быть Солнце и космос в целом.
Когда эти выбросы корональной массы попадают на Землю, они могут вызвать от слабых до сильных геомагнитных бурь, которые могут повредить спутники GPS и энергетическую инфраструктуру.
Другие примеры имели место и в более современные времена. Например. В феврале 2011 года радиосвязь Китая была затруднена из-за КВМ, которую создала солнечная вспышка X-класса — самой высокой классификации.
Согласно исследованию Национальной академии наук США, проведенному в 2008 году, значительная солнечная буря может привести к экономическому ущербу в двадцать раз большему, чем ураган «Катрина».
6. В зависимости от того, как быстро они движутся, они становятся более или менее опасными.
Ученые могут оценить, могут ли высокоэнергетические частицы причинить вред Земле, измерив их скорость во время сильных солнечных бурь.
По словам Джозефа Кунчеса, ученого из Центра прогнозирования космической погоды, «вообще говоря, если они медленнее, то вся энергия попадает в ваше тело, потому что они недостаточно быстры, чтобы пролететь насквозь».
7. Предсказать их очень сложно.
Время, необходимое для того, чтобы излучение солнечной вспышки достигло Земли от Солнца, составляет чуть более 8 минут. В результате у нас не так много времени, чтобы отреагировать на эти вспышки.
Хотя предсказать космическую погоду бывает непросто, за последние несколько десятилетий мы стали лучше в этом разбираться.
Мощные вспышки редко предупреждают нас заранее и могут оказать существенное влияние на космические аппараты, спутники и наземные системы. NASA, NOAA и метеорологическое агентство ВВС США (AFWA) — одни из многих агентств, которые внимательно следят за Солнцем и внимательно отслеживают его на предмет сильных вспышек и связанных с ними магнитных бурь. Эти группы могут предупредить технологические отрасли, подверженные вспышкам на Солнце, чтобы можно было принять надлежащие меры безопасности.
«Мы не можем игнорировать космическую погоду, но мы можем принять соответствующие меры, чтобы защитить себя», — говорят в НАСА.
Солнечные вспышки обычно не вызывают беспокойства. Не существует так называемых «убийственных вспышек», и, хотя солнечные вспышки потенциально могут резко нарушить технологию, их энергии недостаточно, чтобы нанести долгосрочный вред Земле.
«Даже в худшем случае вспышки на Солнце физически не способны уничтожить Землю», — говорят в НАСА.
8. Пик солнечной активности в настоящее время приходится на 2025 год.
Сейчас мы находимся в 25-м солнечном цикле, 25-м по счету с момента начала регулярного учета солнечного цикла 1 в 1755 году. Солнечный цикл 24 длился 11 лет, что является средней продолжительностью, и имел 4-ю наименьшую интенсивность с момента начала регулярного учета солнечного цикла 1. Это также был самый слабый цикл за последние 100 лет.
Солнечный цикл 25, который начнется в 2019 году, по прогнозам, также будет слабым. Солнечный максимум ожидается в июле 2025 года с пиком в 115 солнечных пятен.
Существуют различные сайты с открытым исходным кодом для мониторинга текущей активности Солнца, например, SpaceWeatherLive.
Они записывают последние 24 часа данных о рентгеновском излучении Солнца с главного спутника GOES-16 и отображают эту активность в виде полезных графиков вместе с процентной вероятностью различных типов солнечных вспышек, так что пользователи могут узнать, будет ли сегодня солнечная вспышка, и быть в курсе последних данных о космической погоде.
9. Супервспышки на нашем Солнце маловероятны, но не невозможны.
Может показаться неожиданным, что красные карликовые звезды, которые обычно значительно тусклее и холоднее Солнца, могут производить вспышки с существенно более высокой общей энергией из-за изменений в их внутренней структуре. Может ли наше Солнце когда-нибудь тоже произвести такую вспышку?
«Сверхновые вспышки производятся звездами, которые имеют очень сильные магнитные поля и поэтому связаны с более бурной деятельностью, чем наше Солнце», — рассказала Live Science Стефани Ярдли, специалист по космической погоде из Лаборатории космических наук Малларда при Университетском колледже Лондона (Великобритания).
«Однако сверхвспышки происходят на звездах, похожих на наше Солнце. Данные, полученные при изучении изотопов углерода, найденных в кольцах деревьев, свидетельствуют о том, что сверхвспышки могли возникать на нашем Солнце тысячи лет назад и могут возникнуть в будущем — но эти события крайне редки», — добавил он.
Солнечные вспышки и связанные с ними выбросы на Солнце — это эффектные события, но они совершенно естественны, и не стоит из-за них тревожиться. Хотя крупные вспышки происходили в течение долгого времени, на данный момент они не представляют серьезной опасности для человека.