Крупный план солнечного пятна, сделанный в марте 2014 года. Фото: НАСА Годдард.
С древних времен солнце было известно как даритель света и тепла, источник жизни. Его лучи выманивают растения из земли, принося весну и обильные урожаи.
Когда в Китае распространились предания об использовании магнитов компаса для определения северного направления, было обнаружено, что сама Земля обладает мистическими свойствами. В 1600 году, после столетий использования западного компаса, Уильям Гилберт, личный врач королевы Елизаветы I, выпустил книгу о магнитах, в которой также описывалась вся Земля как единое целое.
Американский астрофизик Джордж Эллери Хейл получил известность, построив в середине 20 века самый большой телескоп в мире. Хейл начал свою карьеру с изучения Солнца и, используя поляризованный свет, показал, что определенные области Солнца обладают сильным магнитным полем, а поля в тысячи раз сильнее, чем у Земли. Этот магнетизм был самым сильным в темных областях, называемых солнечными пятнами.
В 17 веке Галилей с помощью недавно разработанного телескопа обнаружил, что Солнце покрыто пятнами. Он наблюдал многие из их свойств, в том числе то, что они показывали, что Солнце вращается каждый месяц, и что их размер менялся с течением времени. Хотя Галилей провел некоторые эксперименты с магнитами в форме магнитов, используемых в качестве грубых компасов, он, конечно, не установил связи с солнечными пятнами.
Наблюдаемые изменения
Солнечные пятна привлекли интерес астрономов, и с ростом доступности и качества телескопов их пристально отслеживали до 1645 года. Несмотря на огромный интерес к ним, астрономы не могли обнаружить солнечных пятен в течение 70-летнего периода, известного как минимум Маундера.
Затем, в 1715 году, они загадочным образом начали появляться снова. С тех пор солнечные пятна появлялись и исчезали в цикле продолжительностью около 11 лет, называемом солнечным циклом, при этом количество солнечных пятен варьировалось от нуля до сотен. До 1859 года попытки объяснить солнечные циклы, связывая их с другими циклическими явлениями, классифицировались как астрологические, предполагающие нереальную связь между небом и Землей.
В 1859 году Ричард Кэррингтон, богатый владелец пивоварни и астроном-любитель, делал зарисовки солнечных пятен, когда, к его изумлению, одно из них внезапно превратилось из тьмы в свет.
Эта взрывная «солнечная вспышка» длилась всего несколько минут, но через два дня за ней последовала огромная авроральная и магнитная буря, известная как «событие Кэррингтона». Полярные сияния, обычно ограничивающиеся околополярными широтами, наблюдались по всему миру. Это повлияло на технологии того времени: телеграфные системы работали без батарей или загорались.
До сих пор ведутся споры о том, какое влияние подобное событие окажет на наши современные технологии, поскольку с тех пор ничего подобного не наблюдалось. Однако в 1859 году не сразу было ясно, что Солнце и Земля действительно могут быть связаны, и многие думали, что солнечная вспышка и последующий шторм были связаны лишь случайно.
Джордж Эллери Хейл разработал визуализацию, позволившую ему увидеть вихревой поток на Солнце, который напомнил ему магнитное поле стержневого магнита. Кредит: Дж. Э. Хейл
Эффекты солнечного магнетизма
Открытие Хейлом солнечного магнетизма примерно через 50 лет после события Кэррингтона, а также записи, показывающие, что полярные сияния имеют 11-летний цикл, аналогичный солнечному, сформировали основу нашего современного понимания «солнечно-земных отношений».
Эти отношения фундаментально основаны на магнетизме. Сами солнечные пятна хранят магнитную энергию; его давление позволяет солнечным пятнам быть холоднее, чем прилегающие участки светоизлучающей поверхности Солнца или фотосферы, и, следовательно, темнее.
При правильных условиях магнитная энергия может высвобождаться в различных формах. Вспышки белого света, подобные пиле Кэррингтона, очень редки — чаще всего магнитная энергия преобразуется в рентгеновские лучи.
Гравитация вблизи поверхности Солнца примерно в 30 раз сильнее, чем на Земле, поэтому любое движение, создаваемое вспышками, редко ускользает оттуда. Вместо этого области над солнечными пятнами могут успешно выбрасывать в космос огромные облака газа, называемые «корональными выбросами массы». Если случайно выстрелить в сторону нашей планеты, это может вызвать полярные бури.
Последний солнечный цикл (24) был слабым, но этот (25, прогноз выделен красным) будет намного сильнее, чем ожидалось. Фиолетовые линии — средние значения, остроконечные черные линии — подсчеты. Текущее количество почти в два раза превышает прогноз. 11-летний цикл очевиден; в 2020 году, например, солнечных пятен практически не было видно. Фото: Центр прогнозирования космической погоды, НОАА.
Если магнетизм активной области вокруг солнечного пятна создаст газовое облако, которое достигнет Земли с магнитным направлением, противоположным открытому Гилбертом в 1600 году, энергия может перелиться в околоземную область. Эта энергия накапливается на ночной стороне, а не на стороне, обращенной к Солнцу, откуда она пришла, и вызывает полярные сияния.
Если магнитное направление не совпадает, возможно некоторое сжатие из-за горячего, быстрого газового облака, но не более того. Прямо сейчас мы находимся на неожиданно большом пике количества солнечных пятен или около него, и есть вероятность, что мы продолжим получать сильные магнитные бури, подобные той, которая произошла в мае 2024 года, возможно, в течение нескольких лет.
В этих событиях сочетаются красота и опасность, но они обязательно очаруют.
Информация от: Разговором
