Космическая погода возникает круглосуточно, часто меняется и может нанести ущерб.
Помимо уникальных погодных условий на каждой из наших соседних планет, существует еще и космическая погода - возмущения, вызванные различными извержениями на Солнце, которые происходят в бескрайних межпланетных пространствах (гелиосфера) и в околоземной космической среде.
Как и погода на Земле, космическая погода возникает круглосуточно, меняется непрерывно и по желанию и может нанести ущерб человеческим технологиям и жизни. Однако, поскольку космос представляет собой почти идеальный вакуум (в нем нет воздуха и в основном это пустое пространство), его типы погоды чужды земным. В то время как погода на Земле состоит из молекул воды и движущегося воздуха, космическая погода состоит из «звездного вещества» - плазмы, заряженных частиц, магнитных полей и электромагнитного (ЭМ) излучения, каждое из которых исходит от Солнца.
Типы космической погоды
Солнце влияет не только на погоду на Земле, но и на погоду в космосе. Различные его поведения и извержения порождают уникальный тип явления космической погоды.
Солнечный ветер
Поскольку в космосе нет воздуха, ветер, каким мы его знаем, там не может существовать. Однако существует явление, известное как солнечный ветер - потоки заряженных частиц, называемых плазмой, и магнитные поля, которые постоянно излучаются от Солнца в межпланетное пространство. Обычно солнечный ветер движется с «медленной» скоростью почти один миллион миль в час, а путь к Земле занимает около трех дней. Но если развиваются корональные дыры (области, где силовые линии магнитного поля выходят прямо в космос, а не возвращаются на поверхность Солнца), солнечный ветер может свободно выходить в космос со скоростью до 1,7 миллиона миль в час - это в шесть раз быстрее, чем молния летит по воздуху.
Солнечные пятна
Большинство характеристик космической погоды создается магнитными полями Солнца, которые обычно выровнены, но могут со временем запутаться из-за того, что экватор Солнца вращается быстрее, чем его полюса. Например, солнечные пятна - темные области размером с планету на поверхности Солнца - возникают там, где сгруппированные силовые линии восходят от внутренней части Солнца к его фотосфере, оставляя более холодные (и, следовательно, более темные) области в центре этих беспорядочных магнитных полей. В результате пятна излучают мощные магнитные поля. Что еще более важно, солнечные пятна действуют как «барометр» того, насколько активно Солнце: чем больше количество солнечных пятен, тем сильнее Солнце в целом и, следовательно, тем больше солнечных бурь, включая солнечные вспышки и выбросы корональной массы, ученые ожидают.
Подобно эпизодическим климатическим явлениям на Земле, таким как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, активность солнечных пятен изменяется в течение многолетнего цикла, продолжающегося около 11 лет. Текущий солнечный цикл, 25-й цикл, начался в конце 2019 года. В период с настоящего момента до 2025 года, когда ученые предсказывают, что активность солнечных пятен достигнет пика или достигнет «солнечного максимума», активность Солнца возрастет. В конечном итоге силовые линии магнитного поля Солнца будут сброшены, раскручены и перестроены, и в этот момент активность солнечных пятен снизится до «солнечного минимума», который, по прогнозам ученых, наступит к 2030 году. После этого начнется следующий солнечный цикл.
Солнечные вспышки
Солнечные вспышки, выглядящие как вспышки света в форме капель, представляют собой интенсивные выбросы энергии (электромагнитного излучения) с поверхности Солнца. По данным Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), они возникают, когда перемешивающее движение внутри Солнца искажает собственные силовые линии магнитного поля Солнца. И так же, как резинка, которая возвращается в форму после того, как туго скручена, эти силовые линии взрывным образом снова соединяются в свою фирменную форму петли, выбрасывая огромное количество энергии в космос во время процесса.
По данным Центра космических полетов имени Годдарда NASA,хотя они длятся всего от нескольких минут до часов, солнечные вспышки выделяют примерно в десять миллионов раз больше энергии, чем извержение вулкана. Поскольку вспышки движутся со скоростью света, им требуется всего восемь минут, чтобы совершить путь длиной 94 миллиона миль от Солнца до Земли, которая является третьей по близости к нему планетой.
Выбросы корональной массы
Иногда силовые линии магнитного поля, которые изгибаются, образуя солнечные вспышки, становятся настолько напряженными, что разрываются перед повторным соединением. Когда они щелкают, гигантское облако плазмы и магнитных полей из короны Солнца (верхних слоев атмосферы) взрывается. Эти солнечные бури, известные как выбросы корональной массы, обычно переносят миллиард тонн коронального материала в межпланетное пространство.
Выбросы корональной массы имеют тенденцию перемещаться со скоростью сотни миль в секунду, и им требуется от одного до нескольких дней, чтобы достичь Земли. Тем не менее, в 2012 году один из космических аппаратов NASA Solar Terrestrial Relations Observatory при отлете от Солнца зарегистрировал выброс со скоростью до 2200 миль в секунду. Он считается самым быстрым выбросом за всю историю наблюдений.
Как космическая погода влияет на Землю
Космическая погода излучает огромное количество энергии в межпланетное пространство, но только солнечные бури, направленные на Землю или извергающиеся со стороны Солнца, которая в настоящее время направлена на Землю, могут повлиять на нас.(Поскольку Солнце вращается примерно раз в 27 дней, сторона, обращенная к нам, меняется день ото дня.)
Когда все же происходят направленные на Землю солнечные бури, они могут создать проблемы для человеческих технологий, а также для здоровья человека. И в отличие от земной погоды, которая в лучшем случае влияет на несколько городов, штатов или стран, влияние космической погоды ощущается в глобальном масштабе.
Геомагнитные бури
Когда солнечный материал от солнечного ветра, выбросов корональной массы или солнечных вспышек прибывает на Землю, он врезается в магнитосферу нашей планеты - подобное щиту магнитное поле, создаваемое электрически заряженным расплавленным железом, текущим в ядре Земли. Вначале солнечные частицы отклоняются; но по мере того, как частицы, толкающие магнитосферу, накапливаются, накопление энергии в конечном итоге ускоряет некоторые заряженные частицы мимо магнитосферы. Попав внутрь, эти частицы перемещаются вдоль силовых линий магнитного поля Земли, проникая в атмосферу около северного и южного полюсов и создавая геомагнитные бури - колебания магнитного поля Земли.
Войдя в верхние слои атмосферы Земли, эти заряженные частицы сеют хаос в ионосфере - слое атмосферы, простирающемся от 37 до 190 миль над поверхностью Земли. Они поглощают высокочастотные (HF) радиоволны, которые могут заставить работать радиосвязь, а также спутниковую связь и системы GPS (которые используют сверхвысокочастотные сигналы). Они также могут перегрузить электрические сети и даже глубоко проникнуть в биологическую ДНК людей, летящих на высоких самолетах, подвергая их радиационному отравлению.
Не вся космическая погода отправляются на Землю, чтобы причинить вред. Когда высокоэнергетические космические частицы от солнечных бурь проходят мимо магнитосферы, их электроны начинают реагировать с газами в верхних слоях атмосферы Земли и вызывают полярные сияния в небе нашей планеты. (Aurora borealis,или северное сияние, танцует на северном полюсе, в то время как северное сияние, или южное сияние, искрится на южном полюсе.) Когда эти электроны смешиваются с кислородом Земли, загораются зеленые полярные сияния, тогда как азот производит красные и розовые полярные сияния.
Обычно полярные сияния видны только в полярных регионах Земли, но если солнечная буря особенно интенсивна, их светящееся свечение можно увидеть на более низких широтах. Например, во время геомагнитной бури, вызванной выбросом корональной массы, известной как событие Кэррингтона 1859 года, на Кубе можно было наблюдать северное сияние.
Глобальное потепление и похолодание
Яркость (освещенность) Солнца также влияет на климат Земли. Во время солнечных максимумов, когда Солнце наиболее активно с солнечными пятнами и солнечными бурями, Земля естественным образом нагревается; но совсем немного. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), только около одной десятой части 1% солнечной энергии достигает Земли. Точно так же во время минимума солнечной активности климат Земли немного охлаждается.