Серия солнечных пятен, снятая Обсерваторией солнечной динамики. Эти области магнитно заряженной и более холодной плазмы могут вспыхивать в виде вспышек или корональных выбросов массы. Авторы и права: НАСА/GFSC/SDO.
Как и Земля, наше Солнце представляет собой динамичное тело со сложной, а иногда и жестокой погодной системой. Солнечные бури выбрасывают высокоэнергетическое излучение, которое может воздействовать на нашу планету, образуя сильные полярные сияния и нарушая работу энергосистем, электроники и спутников.
Научное изучение космической погоды пытается понять, отследить и спрогнозировать эту солнечную активность, пик которой приходится на солнечный максимум каждые 11 лет. По прогнозам, нынешний солнечный цикл достигнет пика в 2024 году. Итак, что это может означать для вас?
Солнечная энергия на максимуме
С Земли Солнце кажется относительно постоянным. Он поднимается и заходит, обеспечивая постоянный поток энергии, поддерживающий почти всю жизнь на нашей планете. Но если посмотреть на него в других длинах волн, например, в радио или рентгеновском излучении, становится ясно, что Солнце все время меняется.
Электропроводящая плазма бурлит и течет под поверхностью, образуя мощные пучки магнитных полей. Когда они поднимаются на поверхность, они создают солнечные пятна — темные пятна более холодной плазмы. Солнечные пятна являются важным инструментом в отслеживании вероятности крупного явления космической погоды.
Доктор Марк Чунг — наш научный директор по космосу и астрономии. «Магнитные поля внутри солнечных пятен по силе сравнимы с аппаратом МРТ, но размером с целую планету», — сказал Марк.
Когда солнечные пятна сталкиваются, магнитные пучки напрягаются до тех пор, пока они не сломаются. Это приводит к солнечным вспышкам и извержениям. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение от вспышек раздувает нашу внешнюю атмосферу и достигает Земли менее чем за девять минут. Это излучение увеличивает сопротивление спутников, а также может нарушить ионосферу, вызывая отключения радиосигналов и приводя к сильным полярным сияниям.
Более тяжелым частицам, таким как протоны, требуется около 15 минут, чтобы достичь Земли. Эти «солнечные энергетические частицы» могут повредить электронику спутников на орбите. Они могут даже увеличить дозу радиации, которую получают пассажиры и члены экипажа во время полетов вблизи полюсов.
В более крайних случаях целые сгустки магнитной плазмы — корональный выброс массы (КВМ) — могут быть брошены в сторону Земли. КВМ движутся со скоростью тысячи километров в секунду. Если они выровнены точно по магнитосфере Земли, они могут оказать огромное влияние.
«Пучки магнитных полей и заряженных материалов могут поразить нас, как звон колокола, сильно сотрясая магнитосферу Земли», — сказал Марк.
«Могут произойти региональные отключения электроэнергии, спутники могут получить серьезные повреждения, а нефтепроводы могут подвергнуться более быстрой коррозии».
Число солнечных пятен увеличивается и уменьшается в течение 11-летнего цикла, причем наибольшее их количество появляется во время солнечного максимума. Больше солнечных пятен означает больше столкновений, что приводит к более сильной космической погоде.
Выявлять, отслеживать, прогнозировать
Вспышки оцениваются по шкале от A, B, C, M до X, где X — самая сильная.
Вспышка X2.8 в середине декабря 2023 года быстро затмилась 1 января 2024 года, и в том же месте возникла вспышка X5.0. Это самая сильная вспышка, наблюдаемая с 2017 года.
Солнечные извержения, подобные этому, произошедшему 31 декабря 2023 года, могут повлиять на технологии и околоземную среду. Вспышка X5.0, видимая слева от изображения, была запечатлена в крайнем ультрафиолетовом свете Обсерваторией солнечной динамики НАСА. Авторы и права: НАСА/GFSC/SDO.
«Это был, безусловно, самый большой фейерверк в Солнечной системе — хороший способ позвонить в 2024 год», — сказал Марк.
Хотя обычно полярные сияния видны только на крайнем севере и крайнем юге земного шара, более сильные вспышки и КВМ могут сделать полярные сияния видимыми ближе к экватору. А поскольку солнечная активность увеличивается по мере приближения к максимуму, наблюдатели за небом могут ожидать увидеть больше полярных сияний.
Наука прогнозирования отдельных вспышек быстро развивается благодаря множеству наземных и космических обсерваторий, а также машинному обучению для прогнозирования космической погоды.
Космические аппараты, такие как Обсерватория солнечной динамики НАСА (SDO), находятся на переднем крае науки о космической погоде. SDO регулярно измеряет магнитное поле Солнца, чтобы отслеживать изменения его поверхности и внутренней части с течением времени.
«Это позволило людям отслеживать геометрию магнитных полей и эволюцию солнечных пятен, которые являются индикаторами предстоящих солнечных вспышек и извержений», — сказал Марк.
Однако наблюдения SDO не могут сказать нам, направляется ли КВМ прямо к Земле, по пути скользящего удара или магнитно выровнен с магнитосферой Земли.
Чтобы получить такую информацию, нам нужно вернуться на землю — к нашему портфолио радиообсерваторий. Радиотелескопы в Иньярриманха-Илгари-Бундара, нашей Мерчисонской радиоастрономической обсерватории в Западной Австралии, могут измерять межпланетное мерцание, своего рода «мерцание», вызванное солнечным ветром.
«Если солнечный ветер изменится, мерцание также изменится, и у нас есть шанс контролировать солнечный ветер и выбросы», — сказал Марк.
Наш ученый-исследователь доктор Джон Морган работает над расширением наших возможностей с помощью межпланетных мерцаний и аналогичных методов наблюдения.
«Ученые, занимающиеся космической погодой во всем мире, располагают впечатляющим набором приборов для детального наблюдения за Солнцем», — сказал Джон.
«То, что мы пытаемся разработать, — это возможность отслеживать КВМ во время его пути от Солнца к Земле. Эта почти уникальная возможность потенциально может значительно улучшить наши возможности прогнозирования».
Скоординированные усилия
Бюро метеорологии является ведущим агентством правительства Австралии в области космической погоды и управляет Австралийским центром прогнозирования космической погоды.
Через Центр прогнозирования Бюро предоставляет информацию о космической погоде и услуги предупреждения потенциально затронутым отраслям промышленности, правительственным учреждениям, включая Министерство обороны, Министерство внутренних дел и Национальный ситуационный центр, а также общественность.
Его возможности сосредоточены на чрезвычайных и экстремальных событиях, которые могут угрожать критически важной инфраструктуре, включая радиосвязь, спутниковые операции, GPS-навигацию, разведку полезных ископаемых, защиту трубопроводов и сети электроснабжения. Бюро тесно сотрудничает с космической отраслью и предприятиями, на которые могут повлиять явления космической погоды, такими как авиационная, энергетическая, оборонная и телекоммуникационная отрасли, чтобы адаптировать прогнозы и предупреждения к их конкретным потребностям.
Сеть наблюдения за космической погодой Бюро охватывает Австралазийский регион и Антарктиду и включает в себя Солнечную обсерваторию Лермонт, сеть магнитометров, риометров и ионозондов для обеспечения непрерывных наблюдений в реальном времени, а также сцинтилляционные мониторы общего электронного содержания глобальной навигационной спутниковой системы. Бюро также обменивается данными с австралийскими и международными организациями.
Точные и своевременные предупреждения важны, чтобы дать авиакомпаниям время изменить маршрут самолетов, операторам спутниковой связи — время скорректировать свои орбиты, а сообществам — возможность подготовиться к отключениям электроэнергии или радиосвязи.
