Изображение, сделанное в январе 2023 года, показывает вспышку класса X1.2, вспыхивающую на Солнце (крайняя левая сторона). Авторы и права: НАСА/GSFC/SDO.
Наше солнце – надежный и вечный спутник. Надежный, как часы, его видимое движение по небу позволяет нам измерять время. Солнце и его путь также являются источником времен года на Земле. Но во многом наше Солнце далеко не спокойное и неизменное.
Вблизи солнце демонстрирует обширные изменения и активность. Яркие взрывы, называемые вспышками, регулярно вызывают огромные вспышки радиации. Более темные и прохладные области, называемые солнечными пятнами, появляются, перемещаются, меняют форму и исчезают. Солнце также выбрасывает материал в космос в результате мощных извержений, называемых событиями солнечных частиц.
Эта солнечная активность меняется со временем. Пик достигает своего пика каждые 11 лет, а следующий пик прогнозируется на июль 2025 года. Но теперь похоже, что этот «солнечный максимум» наступит раньше, чем ожидалось. Это открытие может привести к лучшему пониманию нашей родительской звезды.
Солнечная активность также влияет на Землю и технологии, на которые мы полагаемся. События, связанные с солнечными частицами, могут вывести из строя спутники и нарушить работу электрических сетей. Активность Солнца, влияющую на нашу планету, часто называют «космической погодой».
Время имеет значение
Чтобы гарантировать, что мы можем делать прогнозы и готовиться, нам нужен хороший набор правил — научная модель. НАСА и Национальное управление океанических и атмосферных исследований США создавали их уже много лет.
Они объединяют различные методы прогнозирования солнечной активности. Этот подход позволил определить дату следующего солнечного максимума (пика) примерно в июле 2025 года. Этот пик также прогнозировался как относительно слабый, как и максимум во время предыдущего солнечного цикла. Это продолжалось примерно с декабря 2008 года по декабрь 2019 года, с пиком в апреле 2014 года.
Однако альтернативный прогноз был опубликован командой под руководством ученого НАСА Роберта Лимона и Скотта Макинтоша, заместителя директора Национального центра атмосферных исследований США (NCAR). Они говорят, что пик цикла произойдет годом раньше, в середине-конце 2024 года, а количество солнечных пятен превысит официальный прогноз в два раза, что является показателем активности. Наблюдения за Солнцем в настоящее время подтверждают этот альтернативный прогноз.
Что интересно, многие методы прогнозирования полагаются на определение продолжительности цикла, измеряемой минимумом (самой низкой точкой) солнечной активности. Но Лимон и Макинтош более подробно изучили сами солнечные пятна и их магнитные свойства. Когда солнечный цикл заканчивается, это не происходит мгновенно. Это плавный переход, при котором появляется меньше солнечных пятен с магнитными свойствами, связанными со старым циклом, и больше появляется со свойствами, связанными с новым циклом.
В этом текущем прогнозе используется терминатор — время, когда исчезло самое последнее солнечное пятно старого цикла — чтобы указать на конец этого солнечного цикла. Это может привести к разным значениям времени для длины цикла. Например, последний минимум был в декабре 2019 года, но терминатор на самом деле произошел в декабре 2021 года. Затем исследовательская группа смогла разработать прогнозы относительно того, насколько сильным будет предстоящий цикл, исходя из продолжительности предыдущего.
На линии огня
Но что будет означать для нас более высокая солнечная активность, поскольку цикл вскоре достигнет своего пика? Поскольку Солнце высвобождает огромное количество энергии в виде вспышек и других событий, которые выбрасывают материал в космос, существует вероятность того, что некоторые из них ударят по Земле, если мы окажемся на линии огня. К счастью, у Земли есть собственный магнитный щит, который может защитить нас.
Когда частицы и магнитные поля Солнца достигают нас, они сначала взаимодействуют с собственным магнитным полем Земли, заставляя его сталкиваться и сдавливаться. Это также заставляет солнечные частицы двигаться в соответствии с магнитными полями Земли. Это в некоторой степени заманивает их в ловушку, не давая им удариться о поверхность Земли.
Хотя магнитный «щит» Земли дает нам определенную защиту, солнечная активность все равно влияет на нас. Примером этого является северное (или южное) сияние. Они происходят, когда солнечные частицы достигают верхних слоев атмосферы и «возбуждают» там атомы, заставляя их переходить в состояние с высокой энергией. Когда атомы расслабляются, они излучают свет разных цветов — например, красного, зеленого и синего. Это потрясающее зрелище идеально видно ближе к магнитным полюсам нашей планеты.
Солнечная активность может вызвать скачки напряжения в длинных линиях электропередачи, используемых в электрических сетях. Одним из примеров было отключение электроэнергии в Квебеке, Канада, в 1989 году.
Другие эффекты включают изменение плотности частиц в верхних слоях атмосферы. Это может привести к незначительным ошибкам на устройствах, использующих GPS. Это также может привести к небольшому нагреву нашей внешней атмосферы, заставляя ее распространяться дальше в космос. Это увеличивает толщину атмосферы для спутников на низкой околоземной орбите.
Это может привести к тому, что они потеряют высоту, а иногда и сгорят. Одно из таких событий затронуло партию новых спутников StarLink, запущенных SpaceX в феврале 2022 года. Это событие произошло, когда Солнце демонстрировало примерно половину активности, которую мы наблюдаем сейчас.
Когда солнечная активность становится сильнее, более вероятно, что на нас может обрушиться солнечная буря, вызывающая проблемы с электричеством на спутниках. Эти космические корабли, возможно, придется перевести в так называемый «безопасный режим», при котором многие системы отключаются. Это позволяет им пережить бурю.
Наше общество постоянно развивается, что делает нас более зависимыми от электрической инфраструктуры. Мы также распространяем наши технологии в космос — технологию, которая уязвима, если мы не будем следить за космической погодой и ее источником — Солнцем. Если мы знаем, что произойдет, мы можем подготовиться. Электрические сети проектируются так, чтобы они были менее подвержены скачкам напряжения, а спутники проектируются так, чтобы лучше выдерживать космическую погоду.
Но нам необходимо более глубокое понимание нашей звезды. Эксперты уже ведут подробный журнал прошлых наблюдений и постоянно расширяют свои возможности наблюдения за Солнцем и космической погодой с помощью спутников. Мы также совершенствуем научные модели, которые позволяют прогнозировать солнечную активность. Нынешний удивительный солнечный цикл расширит наши возможности в этом.
Информация от: Разговором
