Когда гигантские солнечные бури обрушиваются на Землю, они вызывают красивые полярные сияния высоко в атмосфере Земли. Однако у этой солнечной активности есть и темная сторона. «Космическая погода», которую она вызывает, также угрожает нашим технологиям. Потенциал ущерба — вот почему нам нужны высокоточные прогнозы того, когда именно эти бури повлияют на магнитосферу нашей планеты.
Чтобы выяснить это, ученые в Англии отправились к источнику: определенным местам на Солнце, где эти бури извергаются. Эти выбросы называются «корональными выбросами массы» (CME). Это огромные взрывы магнитно-заряженных частиц и газов из Солнца. Они путешествуют в космосе и поражают все, что попадается им на пути, включая планеты.
Когда это облако заряженных частиц сталкивается с нашим магнитным полем, оно запускает цепную реакцию событий. Конечно, оно создает прекрасные полярные сияния — северное и южное сияние, танцующее в небе. Но они также врезаются и могут повредить орбитальные спутники, включая все наши телекоммуникационные и навигационные системы для самолетов, кораблей и поездов. Опасность еще больше для астронавтов на борту орбитальных космических станций. Это потому, что радиация представляет собой постоянную угрозу для человеческой жизни. На Земле эти бури могут вызывать огромные циркулирующие электрические токи, которые могут повредить электросети. Ущерб технологиям просто рябью расходится по всей планете.
Вот почему операторы спутников и другие хотят более точных прогнозов того, когда именно событие космической погоды, вызванное корональным выбросом массы, ударит по нам. Чтобы выяснить это, физики Солнца должны оглянуться на Солнце и последовательность событий, которые вызывают корональные выбросы массы.
Изучение активных областей Солнца
Корональные выбросы массы исходят из активных областей на Солнце. Это места с очень сильными магнитными полями. Линии магнитного поля образуют петли, которые скручиваются и в конечном итоге разрываются. Когда это происходит, происходит огромный выброс материала — корональный выброс массы. Обычно они вылетают из Солнца со скоростью от 100 км/сек до 3000 км/сек. Такая большая неопределенность затрудняет прогнозирование того, когда солнечное облако достигнет Земли.
Научные группы под руководством физика-солнцеведа из Университета Аберистуита Харшиты Ганди сосредоточились на высоте над Солнцем, где магнитное поле становится нестабильным. Они называют ее «критической высотой», и она может помочь ученым предсказать скорость и время прибытия коронального выброса массы.
«Измеряя, как сила магнитного поля уменьшается с высотой, мы можем определить эту критическую высоту», — сказал Ганди. «Эти данные затем можно использовать вместе с геометрической моделью, которая используется для отслеживания истинной скорости корональных выбросов массы в трех измерениях, а не только в двух, что необходимо для точных прогнозов».
Команда обнаружила очень сильную связь между критической высотой CME при его начале и его истинной скоростью при движении. «Это понимание позволяет нам предсказать скорость CME и, следовательно, время его прибытия на Землю, даже до того, как CME полностью извергнется», — сказал Ганди.
Знание фактической скорости CME с более высокой степенью точности позволит физикам-солнцеведам предсказать, когда он достигнет Земли. Это, в свою очередь, позволит операторам спутников, владельцам сетей, космическим агентствам и другим подготовиться к действию и защитить свои активы. «Понимание и использование критической высоты в наших прогнозах улучшает нашу способность предупреждать о приближающихся CME, помогая защищать технологии, от которых зависит наша современная жизнь», — отметил Ганди.
Солнечные бури и ущерб, который они наносят
Наше Солнце проходит через периоды, когда оно более «вспыльчиво», чем другие. Некоторые из самых сильных солнечных бурь происходят во время солнечного максимума 11-летнего цикла солнечных пятен Солнца. Это не значит, что они не происходят в другое время. Однако, когда бы они ни происходили, они могут нанести большой ущерб. Одна известная буря произошла 13 марта 1989 года. Это была комбинация из двух корональных выбросов массы, которые поднялись над Солнцем 10 и 12 марта. Они возбудили токи в нижних слоях атмосферы Земли, в то же время вызвав полярные сияния. В то время электросети не обязательно были «защищены» от таких событий. В результате электросеть Hydro-Quebec отключилась и понесла огромный ущерб. Электроэнергия была отключена в течение нескольких дней по всей восточной Канаде и в некоторых частях Соединенных Штатов.
Еще один сильный шторм разразился около Хэллоуина в 2003 году. Он повлиял на спутниковые системы, прервал связь, некоторые энергосистемы отключились, и люди по всему миру увидели ослепительное зрелище полярного сияния. В космосе солнечный спутник SOHO ненадолго отключился. Астронавтам на борту МКС пришлось укрыться в безопасном месте на борту станции.
Сегодня мы находимся в очередном цикле повышенной солнечной активности. Мы уже видели сильные бури в мае 2024 года, и наверняка их будет больше. Пока что они не нанесли большого ущерба, и они подарили нам несколько прекрасных полярных сияний. К счастью, передовые исследования этих солнечных бурь помогли операторам технологий и космическим агентствам «укрепить» свои системы. Однако они могут сделать не так много для защиты своих активов. Наличие высокоточных предварительных прогнозов того, когда именно выброс корональной массы повлияет на нашу планету, является большим шагом вперед. По крайней мере, эти операторы смогут перепозиционировать спутники, усилить свои электросети и другие коммуникационные технологии и заранее предупреждать астронавтов в космосе. В будущие годы, когда люди будут на Луне или на пути к Марсу, такие прогнозы также помогут обеспечить их безопасность.
Для дополнительной информации
Новые оповещения о космических штормах могут помочь защитить технологии Земли
Взгляд 21-го века на магнитную бурю марта 1989 года
