Самые мощные вспышки на Солнце в истории
Человек не представляет своей жизни без солнечного света и тепла. Однако Солнце приносит нам не только радость. Каждые 11 лет на нем случаются катаклизмы, оказывающие немалое влияние на наше существование. Какие же самые мощные вспышки были зарегистрированы на Солнце за весь период наблюдений, и чем они опасны для человечества?
Величайшая буря 1859 года
Великой бурей или Солнечным суперштормом была названа мощнейшая вспышка, случившаяся в 1859 году. С конца августа по 2 сентября на Солнце наблюдалось резкое образование и исчезновение пятен и всполохов. Уже современные ученые установили, что эти явления сопровождались масштабными выбросами корональных веществ.
Наиболее масштабный всплеск солнечного вещества был отмечен 1 сентября ученым Р. Кэррингтоном. Выброс вызвал на Земле феноменальные события. По всей планете выходили из эксплуатации телеграфные линии, люди оставались без связи, а в атмосфере полыхало ярчайшее «Северное сияние».
Ученые утверждают, что это была сильнейшая геомагнитная буря из всех изученных. Мощность солнечного вихря и невероятная скорость, с которой достигали Земли звездные частицы, объясняют тем, что 2-3 предыдущих дня корональные выбросы «прокладывали прямой путь» от Солнца к планете.
Солнечная буря 774 года
Но по мнению некоторых исследователей, вспышка 1859 года не может занимать лидирующее место по своей силе и скорости магнитных бурь. Существует предположение, что она уступает более мощному солнечному шторму, случившемуся в 774 году и оказавшему на планету значительное негативное влияние.
Ученые проверили годичные кольца старых деревьев на наличие радиоактивного углерода-14 и пришли к выводу, что в 774 году солнце действительно выбросило внушительный объем заряженных частиц. По своей силе выброс превышал Супершторм 1859 года практически в 20 раз. Тем не менее, его интенсивность была намного ниже предполагаемых показателей и не могла закончиться планетарной катастрофой.
Железнодорожный шторм 1921 года
13 мая 1921 года на солнечной сфере было замечено огромное пятно. Его диаметр равнялся примерно 300 тысячам километров. А еще через 2 дня произошла геомагнитная буря, заблокировавшая работу половины технических средств главной железной дороги Нью-Йорка. Без связи сталась практически вся Восточная часть Соединенных Штатов.
Солнечная буря 1972 года
27 июля 1972 года астрономы отметили крупный центр активности, восходящий из-за восточной кромки Солнца. Начались сияния и выбросы на лимбе, увеличилась яркость короны, повысился поток радиоизлучения. Первая сильная вспышка с мощным диапазоном зафиксирована 2 августа.
4 августа произошел второй всплеск активности. Через некоторое время спутники зафиксировали внушительные потоки протонов, что говорило о резком ускорении солнечных частиц. Вторая вспышка оказала внушительное влияние на процессы в верхних слоях земной атмосферы.
Третья вспышка случилась 7 августа. Она была самая мощная в видимом диапазоне, но ее влияние было меньше по сравнению с предыдущим всплеском.
Надо сказать, что большие солнечные волнения весьма опасны для космонавтов. Во время бури 1972 года на околоземной орбите работал корабль «Аполлон-16». Космонавты лишь немного не попали под воздействие вспышки уровня Х2. Если бы не везение, они бы подверглись большому облучению в три сотни Бэр, от которого погибли бы максимум за 3-4 недели.
Солнечная буря 1989 года
13 марта произошла геомагнитная буря уровня Х15, наглядно показавшая, какую опасность несут солнечные волнения. Ее итогом стало обесточивание массы канадских домов, расположенных в Монреале и на окраинах Квебека.
С трудом противостояли электромагнитному давлению электросети северных штатов США. Последствия бури почувствовал весь мир. Жители планеты могли любоваться небывалыми красотами Северного сияния.
В этот период была заблокирована радиообщение между СССР и США, а всполохи северного сияния были заметны даже над крымским небом. Деформированное поле планеты разрушило одну из установок ядерной станции в Нью-Джерси.
Солнечный шторм в День Бастилии
14 июля 2000 года, в 211 годовщину захвата Бастилии, была зарегистрирована еще одна солнечная буря, получившая название – вспышка «Дня Бастилии». Силу солнечной активности смогли засечь даже аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», установленные на огромном расстоянии от Солнца.
Последствия этого всплеска почувствовали в каждом уголке Земли. Начались проблемы с радиосвязью. Пассажиры самолетов, которые пролетали над полюсами, подверглись радиационному облучению. К счастью, его уровень был относительно небольшим и не сыграл пагубной роли.
Вспышка Хэллоуина
Октябрь 2003 года был отмечен одним из сильнейших солнечных штормов уровня Х45. Ученым не удалось точно измерить его мощность – аппаратура орбитальных телескопов не выдержала такой нагрузки и «опоздала» больше, чем на 10 минут.
Большая часть солнечного потока прошла, не задев поверхности планеты. Но ряд спутников был поврежден корональными выбросами, что закончилось перебоями сотовой и телефонной связи.
Вспышка 2005 года
9 сентября, в самый пик солнечной интенсивности, в Москве произошло рекордное количество самоубийств – 10 человек за сутки. Специалисты считают, что массовое расставание с жизнью было также вызвано солнечной бурей.
Солнечный шторм 2006 года
5 декабря 2006 года зарегистрирован солнечный всплеск пиковой мощности Х9. К счастью, его поток был направлен в противоположную от Земли сторону. Об этом свидетельствуют данные двух аппаратов STEREO, установленных на орбите для изучения звездной активности.
Солнечные волнения 2011 года
9 августа 2011 года произошла солнечная буря, ставшая пиком последнего солнцеоборота. Ее уровень был равен Х6,9. Этот всплеск назвали лидером цикла 24. Он был зафиксирован одним из спутников NASA, являвшегося собственностью обсерватории по изучению звездной активности. Частицы потока воздействовали на верхние слои земной атмосферы, что привело к неполадкам в радиосвязи.
Вспышка 2012 года
В этот год 21 июля на Земле произошли серьезные проблемы с радиосвязью. Многие жители планеты могли любоваться необычайно яркими полярными сияниями. Все эти события были вызваны гигантской вспышкой уровня Х1,4, которую выпустил к Земле динамичный солнечный район 1520.
Солнечные волнения 2015 года
7 мая 2015 года случилась еще одна массивная вспышка. Ее активность была равна уровню Х2,7. Многим покажется, что это совсем немного. Но и такого показателя достаточно для нарушения связи и вызова ярчайших полярных всполохов. Кроме того, теперь мы можем любоваться прекрасными фотоснимками, сделанными с околоземных спутников.
Солнечная буря 2017
6 сентября 2017 года отмечено самой интенсивной за последние 12 лет солнечной бурей. Вспышку отнесли к уровню Х9,3, свидетельствовавшему о высочайшей силе. Второй мощный всплеск зафиксирован 7-го, а третий – 8 сентября.
Завершающая вспышка небывалой силы случилась 10 сентября. Светило «выплюнуло» в космическое пространство огромную массу плазмы. Ученые утверждают, что вспышки 6 и 10 сентября являются одними из самых сильных, какие вообще может производить Солнце.
Причины и последствия солнечных волнений
Причиной солнечных штормов является всплеск энергии в атмосфере звезды. Образование сильнейших бурь зависит от магнитных полей светила. Солнечные вспышки называют катаклизмическими феноменами, формирующимися на поверхности звезды.
Образование солнечных бурь проходит в несколько этапов:
Разделение вспышек на группы осуществляется в зависимости от уровня рентгеновского излучения. Степень интенсивности обозначается числами от 1,0 до 9,9 для букв от A до X. Вспышки класса Х считаются самыми мощными из всех изученных по силе рентгеновского излучения. В большинстве случаев, они не долетают до планеты, но оказывают немалое влияние на ее магнитное поле.
Слои солнечной энергии добираются до Земли с различной скоростью:
Геомагнитные колебания оказывают немалое влияние не только на радиоэлектронику, но и на здоровье человека.Сбои в магнитном поле Земли проявляются неожиданной головной болью, скачками артериального давления, обострением хронических недугов. В это время в 5 раз увеличивается количество суицидов, на 15% учащаются инсульты и инфаркты.
К счастью, человеческому организму свойственна не только повышенная чувствительность, но и быстрое привыкание к повторяющимся явлениям. Солнечные вспышки происходят с определенной периодичностью, но чувствуем мы лишь наиболее сильные.
Видео
Сильные солнечные и катастрофические звездные вспышки
Может ли цивилизация погибнуть от аномально мощной солнечной вспышки? Этот вопрос интенсивно обсуждается в прессе, причем всплеск интереса произошел в конце прошлого года после публикации одной из цитируемых ниже работ.
Для начала определимся с пониманием того, что такое солнечная вспышка. Солнце — мощный генератор магнитного поля, причем с двумя глобальными модами, между которыми идет перекачка энергии туда-сюда с периодом 22 года: тороидальной и дипольной (полоидальной) составляющими. В этом описании очень важны два обстоятельства:
Рис. 1. Результат численного 3D-моделирования солнечного магнитного поля. Цвет маркирует направление магнитных силовых линий. Из статьи [1]
Максимум солнечной активности — это максимальная мощность этих магнитных обручей при минимальной дипольной составляющей. Плазма с магнитным полем в равновесии легче, чем без поля, — оно дает дополнительное давление. Поэтому магнитное поле стремится всплыть и всплывает в виде огромных петель. Там, где у этих петель «ноги», возникают солнечные пятна: магнитное поле препятствует передаче тепла, и поверхность охлаждается до 4000°K. И когда сходятся «ноги» двух петель противоположной полярности, они начинают пересоединяться — это и есть солнечная вспышка.
Магнитное поле, заключающее в себе огромную энергию, аннигилирует: из двух петель получается одна. Высвободившаяся энергия передается частицам, через них — гамма- и рентгеновским квантам. Они прилетают через 8 минут после начала вспышки, которая обычно продолжается от нескольких минут до нескольких десятков минут.
Сами частицы больших энергий распирают петлю и улетают — это называется корональный выброс. Облако частиц достигает Земли через пару дней и плющит нашу магнитосферу. Происходит то, что называется «магнитной бурей»: пропадает радиосвязь, а в линиях передач индуцируется скачок напряжения.
Это, в общем, рутинные события, мелкие неприятности. Однако по крайней мере одна вспышка за всю историю наблюдений и последовавшая за ней магнитная буря вышли далеко за рамки рутины. Это хорошо известное Квебекское событие, когда в большей части канадской провинции Квебек на несколько дней отрубилось электричество — именно из-за индукционных наводок в линиях передач.
Другая знаменитая вспышка, вызвавшая сильнейшую геомагнитную бурю, произошла в 1859 году — так называемое Событие Каррингтона, по имени описавшего ее астронома. В тот раз полярное сияние наблюдалось вплоть до Кубы, вышел из строя телеграф, а если бы в то время существовали электросети, то вышли бы из строя и они. Современные оценки ущерба от подобной геомагнитной бури дают цифру 2–3 трлн долл. (только для США). Полное энерговыделение сильнейших «исторических» вспышек — порядка 10 32 эрг. Это существенно меньше, чем Солнце выделяет за секунду (4 · 10 33 эрг/с), но производит большой эффект из-за жесткости выделенного излучения и ускоренных частиц.
Событие Каррингтона — самая сильная вспышка за время инструментальных наблюдений, но далеко не самая сильная в исторические времена. В 775 году произошел подброс содержания радиоактивного изотопа 14 С в кольцах деревьев (дуб и кедр) и изотопа 10 Ве в годовых слоях гренландского льда. Эта вспышка была по меньшей мере в 40 раз сильней, чем любая из вспышек, зарегистрированных в космическую эпоху, и превосходила по энерговыделению 10 33 эрг.
Рис. 2. Кривая содержания радиоактивного изотопа углерода 14 С в древесных кольцах кедра и дуба по годам. Рисунок из обзора Ильи Усоскина [2]
Илья Усоскин (Университет Оулу, Финляндия) в своем обзоре [2] утверждает, что это — самое сильное событие в голоцене, начавшемся 11 тыс. лет назад. Он же в частном сообщении высказал мнение, что это вообще близко к теоретическому пределу мощности солнечной вспышки; по его словам, этот предел с некоторым усилием можно дотянуть до 10 34 эрг, но не более того. Тем не менее существуют молодые звезды класса Солнца (класс G), чьи вспышки выделяют до 10 36 эрг, и более старые, вращающиеся с той же скоростью, что и Солнце, со вспышками до 10 35 эрг. То есть существуют аналоги Солнца со вспышками почти в тысячу раз сильней рекордсменов последних 50 лет. Эти вспышки видят в данных космического телескопа «Кеплер», который был нацелен на поиск экзопланет, но принес массу другой ценной информации.
«Кеплер» видит вспышки большого числа звезд. Конечно, он наблюдает только достаточно сильные события, причем видит их не в рентгене, а в оптике. Примеры вспышек, взятые из статьи [3], показаны на рис. 3. Можно в очередной раз отметить потрясающее качество данных: «Кеплер» прекрасно видит колебания блеска из-за неравномерного распределения пятен на поверхности звезды, так что можно оценить суммарную площадь пятен.
Рис. 3. Примеры кривых блеска звезд с супервспышками. По горизонтали — юлианские дни (справа — доли дня от максимума вспышки), по вертикали — светимость звезды относительно средней. Из работы [3]
В обстоятельной статье [4] авторы задаются вопросом: есть ли среди «супервспышечных» звезд, обнаруженных «Кеплером», медленно вращающиеся звезды, подобные Солнцу? При этом они использовали данные космического телескопа Gaia, нацеленного на астрометрические измерения и наблюдения на наземном телескопе. Ответ оказался положительным.
Звездные супервспышки вместе с измеренными солнечными вспышками показаны на рис. 4. Облако событий «Кеплера» лежит достаточно далеко и отделено от облака солнечных вспышек большим промежутком. Эти облака представляют разные явления или одно и то же, искаженное наблюдательной селекцией? Может ли распределение интерпретироваться так, что «Кеплер» не видит слабых вспышек, а наблюдения за Солнцем слишком коротки по времени, чтобы на нем произошли сильные? Пожалуй, нет. Скорее всего, это все-таки разные явления, но распространяется ли второе из них, катастрофическое, на звезды типа Солнца и, может быть, на наше Солнце?
Рис. 4. Солнечные вспышки и звездные супервспышки «Кеплера». По горизонтали — площадь группы солнечных / звездных пятен в единицах площади полусферы Солнца, по вертикали — энерговыделение вспышки. Из работы [4]
На рис. 5 показано распределение мощности вспышек в зависимости от скорости вращения звезды. Слева — молодые, быстро вращающиеся звезды класса G, справа — медленно вращающиеся, старые. Период обращения Солнца — 24 дня. Видно, что есть отрицательная корреляция между периодом вращения и мощностью супервспышек, но всё равно последние дотягивают до 10 35 эрг и у медленно вращающихся звезд. Данные Gaia и наземного телескопа APO 3.5 m не демонстрируют какого-либо отличия тех звезд от Солнца.
Рис. 5. Звездные супервспышки в координатах — период вращения звезды — энергия вспышки. Из работы [4]
Что произойдет, если Солнце взбрыкнет подобным образом? Если бы аномальная вспышка произошла до середины XIX века, не случилось бы ничего плохого, разве что пострадал бы озоновый слой Земли. Зато люди подивились бы чудесному сиянию неба. Произойди вспышка типа 10 35 эрг сейчас, цивилизация понесла бы тяжелейший урон, большие человеческие потери, а потом много лет бы восстанавливалась. Для этого даже не нужно такой мощности: события 775 года вполне могло бы хватить.
А что произойдет в прогнозируемом технологическом будущем, когда человек будет сильнее зависеть от искусственной среды, — даже представить страшно. Мои собственные фантазии на эту тему (не претендующие на статус научного прогноза) можно прочесть в книге «Феникс сапиенс» [5]. Однако, на мой взгляд, человечеству не стоит забывать о возможности такой сильной вспышки. Необходимо подумать о том, как к ней подготовиться. Предупрежден — вооружен.
От Солнца к сердцу Три мощнейших взрыва на Солнце угрожают Земле
Произошла самая мощная за последние 12 лет вспышка
В первой половине среды, 6 сентября 2017 года, ученые зарегистрировали самую мощную за последние 12 лет солнечную вспышку. Вспышке присвоен балл X9.3 — буква означает принадлежность к классу экстремально больших вспышек, а число — силу вспышки. Выброс миллиардов тонн материи произошел почти в районе AR 2673, практически в центре солнечного диска, поэтому земляне не избежали последствий случившегося. Вторая мощная вспышка (балла X1.3) зафиксирована вечером в четверг, 7 сентября, третья — сегодня, в пятницу, 8 сентября.
Солнце выбрасывает огромную энергию в космос
Солнечные вспышки в зависимости от мощности рентгеновского излучения делятся на пять классов: A, B, C, M и X. Минимальный класс A0.0 соответствует мощности излучения на орбите Земли в десять нановатт на квадратный метр, следующая буква означает увеличение мощности в десять раз. В ходе самых мощных вспышек, на которые способно Солнце, в окружающее пространство уходит огромная энергия, за несколько минут — около сотни миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это примерно пятая часть энергии, излучаемой Солнцем за одну секунду, и вся энергия, которую выработает человечество за миллион лет (при условии ее производства современными темпами).
Ожидается мощная геомагнитная буря
Рентгеновское излучение доходит до планеты за восемь минут, тяжелые частицы — за несколько часов, облака плазмы — за двое-трое суток. Корональный выброс от первой вспышки уже достиг Земли, планета столкнулась с облаком солнечной плазмы диаметром около ста миллионов километров, хотя ранее прогнозировалось, что это произойдет к вечеру пятницы, 8 сентября. Геомагнитная буря уровня G3-G4 (пятибалльная шкала варьируется от слабых G1 до экстремально сильных G5), спровоцированная первой вспышкой, должна завершиться вечером в пятницу. Корональные выбросы от второй и третьей солнечных вспышек еще не достигли Земли, возможные последствия стоит ожидать в конце текущей — начале следующей недели.
Последствия вспышки давно понятны
Геофизики прогнозируют полярное сияние в Москве, Санкт-Петербурге и Екатеринбурге, городах, расположенных на сравнительно низких для авроры широтах. В американском штате Арканзас его уже заметили. Еще в четверг операторы в США и Европе сообщали о некритичных перебоях со связью. Уровень рентгеновского излучения на околоземной орбите незначительно повысился, военные уточняют, что спутникам и наземным системам, а также экипажу МКС прямой угрозы нет.
Все же существует опасность для низкоорбитальных и геостационарных спутников. Первые рискуют выйти из строя из-за торможения о разогревшуюся атмосферу, а вторые, удалившись от Земли на 36 тысяч километров, могут столкнуться с облаком солнечной плазмы. Возможны перебои с радиосвязью, но для окончательной оценки последствий вспышки необходимо дождаться как минимум конца недели. Ухудшение самочувствия людей из-за изменений геомагнитной обстановки научно не доказано.
Возможно усиление солнечной активности
Последний раз подобная вспышка наблюдалась 7 сентября 2005 года, однако самая сильная (с баллом Х28) произошла еще раньше (4 ноября 2003 года). В частности, 28 октября 2003 года из строя вышел один из высоковольтных трансформаторов в шведском городе Мальмё, обесточив на час весь населенный пункт. От бури пострадали и другие страны. За несколько дней до событий сентября 2005 года была зафиксирована менее мощная вспышка, и ученые полагали, что Солнце успокоится. То, что происходит в последние дни, сильно напоминает ту ситуацию. Подобное поведение светила означает, что рекорд 2005 года в ближайшее время все еще может быть побит.
Однако за последние три века человечество пережило и еще более мощные солнечные вспышки, чем произошедшие в 2003 и 2005 годах. В начале сентября 1859 года геомагнитная буря привела к отказу телеграфных систем Европы и Северной Америки. Причиной назвали мощный выброс корональной массы, достигший планеты за 18 часов и наблюдаемый 1 сентября британским астрономом Ричардом Кэррингтоном. Также имеются исследования, подвергающие сомнению последствия солнечной вспышки 1859 года, ученые полагают, что магнитная буря затронула только локальные области планеты.
Солнечные вспышки трудно поддаются количественному описанию
Последовательной теории, описывающей формирование солнечных вспышек, пока не существует. Вспышки возникают, как правило, в местах взаимодействия солнечных пятен на границе областей северной и южной магнитных полярностей. Это приводит к быстрому высвобождению энергии магнитного и электрического полей, которая затем идет на разогрев плазмы (увеличение скорости ее ионов).
Материалы по теме
Последняя супервспышка
Наблюдаемые пятна — это участки поверхности Солнца с температурой примерно на две тысячи градусов Цельсия ниже температуры окружающей ее фотосферы (примерно 5,5 тысячи градусов Цельсия). На самых темных участках пятна линии магнитного поля перпендикулярны поверхности Солнца, на более светлых они ближе к касательной. Напряженность магнитного поля у таких объектов превышает его земное значение в тысячи раз, а сами вспышки связаны с резким изменением локальной геометрии магнитного поля.
Солнечная вспышка произошла на фоне минимума солнечной активности. Вероятно, таким образом светило сбрасывает энергию и скоро успокоится. Подобного рода события происходили и ранее в истории звезды и планеты. То, что сегодня это привлекает внимание общественности, говорит не о внезапной угрозе человечеству, а о научном прогрессе — несмотря ни на что, ученые постепенно все лучше понимают процессы, происходящие со звездой, и сообщают об этом налогоплательщикам.
Где следить за ситуацией
Информацию о солнечной активности можно почерпнуть из множества источников. В России, например, — с сайтов двух институтов Российской академии наук: Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Николая Пушкова и Физического института имени Петра Лебедева (первый на момент написания статьи вывесил прямое предупреждение об опасности для спутников из-за солнечной вспышки, второй содержит удобный график вспышечной активности), которые используют данные американских и европейских служб. Интерактивные данные о солнечной активности, а также оценку текущей и будущей геомагнитной ситуации можно найти на сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований (США).