Кредит: CC0 Общественное достояние
Несмотря на то, что Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров от Земли, оно не просто освещает нам путь: оно также влияет на наши электросети и даже на наш транспорт.
Научная дисциплина, изучающая его сложные взаимодействия с Землей, называется «космическая погода». Ее цель — понять, количественно оценить и, если возможно, предсказать влияние солнца на нашу космическую и наземную инфраструктуру. Так что же это за риски? Как солнце может повлиять на нашу человеческую деятельность? И, прежде всего, как мы можем предвидеть и защитить себя от него?
Дикая телеграфия
Все это восходит к тому, что в космической погоде известно как событие Кэррингтона. В 1859 году полярные сияния наблюдались на очень низких широтах (на юге вплоть до Кубы), тогда как обычно эти явления наблюдаются в полярных регионах. Как бы мало технологий ни было в 19 веке, современных телеграфов было достаточно, чтобы засвидетельствовать необычайные возмущения. Сигнальные системы продолжали отправлять информацию, даже будучи выключенными. Ученые окрестили это явление «небесными батареями», потому что именно электрические поля, создаваемые полярным сиянием, питали цепи.
Стоит упомянуть и другие исторические события, например, 1989 год, когда Квебек остался без электричества на несколько часов, или шторм на Хэллоуин 2003 года, когда город Мальмё на юге Швеции пострадал от тех же последствий. Первопричина всегда одна и та же: солнечные бури и их взаимодействие с планетой Земля.
Как Солнце взаимодействует с Землей?
Солнце постоянно посылает нам электромагнитное излучение, а также частицы, известные как солнечный ветер. Эти частицы в основном представляют собой электроны и протоны. Когда происходят крупные солнечные вспышки, выбрасывается большое количество плазмы (состоящей из заряженных частиц): это известно как выбросы корональной массы. Когда они выбрасываются в сторону Земли, они сначала сталкиваются с магнитным полем Земли, которое действует как щит, защищающий нас от этих частиц. Однако этим частицам иногда удается проникнуть через этот защитный барьер и взаимодействовать с нашей верхней атмосферой. Это то, что известно как геомагнитная буря.
Именно эта встреча заряженных частиц с молекулами и атомами верхней атмосферы (такими как кислород и азот) порождает световой феномен полярных сияний. Таким образом, эти сияния являются видимым невооруженным глазом доказательством того, что это взаимодействие Солнца и Земли действительно существует.
Основная трудность, с которой сталкиваются ученые сегодня, заключается в том, что эти выбросы корональной массы трудно предсказать. Поэтому трудно узнать, когда они произойдут и окажут ли они влияние на Землю. Однако мы знаем, что активность Солнца следует циклу примерно в 11 лет, с пиком активности в середине цикла. Именно в этот период максимальной активности мы видим больше всего солнечных вспышек. Фактически, в настоящее время мы переживаем пик активности в текущем солнечном цикле, который, как ожидается, достигнет пика в 2025 году.
За пределами этого цикла наличие «активных» областей является маркером большей или меньшей вероятности испускания солнцем такого потока частиц. Их называют солнечными пятнами, потому что в видимом свете они кажутся темнее остальной части солнечного диска. Солнечное пятно также должно находиться перед Землей, чтобы испускаемые им частицы достигли нашей планеты.
Солнечный максимум и наблюдения за северным сиянием на низких широтах: напоминание о недавних событиях. 10 мая 2024 года мы смогли наблюдать северное сияние даже во Франции. И действительно, за эти сияния отвечали несколько корональных выбросов массы, направленных в сторону Земли.
Каковы конкретно последствия для Земли?
Их несколько. Многие сферы деятельности затронуты, и системы затронуты по-разному. Первый пример — это электросети, на которые влияют так называемые геомагнитно-индуцированные токи, создаваемые геомагнитными бурями. Эти токи добавляются к тем, которые уже присутствуют в проводниках, что приводит к сбоям, а иногда и к отключению сетей.
Но это касается не только электросетей, трубопроводов и железнодорожных сетей. Другой пример — авиация. Этот сектор может быть затронут частицами высокой энергии, которые испускаются солнцем во время корональных выбросов массы. Эти частицы могут напрямую проникать в системы самолета и вызывать временные или постоянные повреждения. Эти же частицы могут облучать пассажиров и экипаж в случае крупного геомагнитного события.
Другой пример, который можно привести здесь, касается повседневных устройств. Мобильные телефоны, подключенные часы, наши автомобили и многое другое используют спутниковые системы позиционирования (такие как GPS или его европейский эквивалент Galileo) для определения своего местонахождения. Эти системы могут быть нарушены геомагнитными бурями, что приводит к ошибкам точности и сдвигам положения от нескольких метров до нескольких сотен метров, что может быть очень проблематично.
Аналогично, спутниковая и высокочастотная связь также страдает от геомагнитных бурь, но также и от всплесков солнечной радиации. В результате такие секторы, как судоходство, военная сфера и финансы, также страдают от этих событий.
Адаптация наших обществ для лучшего предотвращения солнечных бурь
Эти различные сбои могут иметь серьезные экономические и социальные последствия с каскадными реакциями, учитывая, что все наши системы взаимосвязаны. В результате, если одна электрическая сеть выходит из строя, то же самое происходит и со всеми системами, которые зависят от нее, с прямыми последствиями не только для инфраструктуры, но и для нашей повседневной жизни. Это поднимает ряд вопросов: осознаем ли мы этот риск? Как бы мы отреагировали, если бы наши технологические устройства перестали работать на несколько часов или несколько дней, или, что еще хуже, если бы регион был лишен электричества на длительный период?
Все эти вопросы имеют решающее значение и серьезно воспринимаются сообществом космической погоды, а также правительствами, которые разрабатывают решения для предотвращения этих рисков и минимизации ущерба. Именно это предотвращение и точное предсказание NOAA, агентства США, ответственного за наблюдение за атмосферой и океанами, позволили операторам ограничить ущерб во время события 10 мая 2024 года. Однако, хотя в этом случае ущерб был ограничен, последствия могут быть иными, если следующая солнечная вспышка будет более серьезной или непредсказуемой для ученых. Это не оставит операторам времени для принятия мер безопасности, что приведет к ущербу, который, безусловно, будет гораздо более обширным.
Все эти вопросы в настоящее время тщательно анализируются в исследовании, финансируемом страховой компанией Axa. Цель состоит в том, чтобы сделать страховой сектор и остальное общество более осведомленными об этих рисках космической погоды, чтобы лучше их понимать, лучше предсказывать, количественно оценивать их последствия и минимизировать их. Таким образом, так же, как мы смотрим прогноз погоды, чтобы узнать, какой будет погода, ученые консультируются со специализированными бюллетенями и приложениями, чтобы узнать о предстоящих солнечных бурях. Возможно, вскоре у всех нас будут оповещения о солнечных бурях на наших телефонах.
Информация от: The Conversation
