1 и 2 сентября 1859 года небо осветилось так, как никогда раньше. Такого человечество еще не видело. Полярные сияния - обычное явление полярных широт - распространились на юг до Колумбии и на север до Австралии. Компасы вышли из строя, а телеграфные сети по всему северному полушарию работали без батареек. Этот эпизод попал в заголовки газет по всему миру, но что же произошло?
Сегодня он известен как событие Каррингтона, и это один из крупнейших солнечных взрывов, которые когда-либо видело человечество. Гигантский термоядерный реактор, Солнце, бомбардирует солнечную систему безостановочным потоком заряженных частиц, называемых солнечным ветром, которые освещают небо на полюсах полярными сияниями. Это обычное дело. Но Солнце также может "взбеситься", что выражается в солнечных вспышках или выбросах корональной массы (CME), оказывающих огромное влияние на Землю и наши технологии. Событие Каррингтона было одним из таких припадков, и чтобы понять эту солнечную бурю, нужно понимать Солнце, Землю и то, как они взаимодействуют.
Времена года на Солнце
Ближайшая к Земле звезда, Солнце, классифицируется астрономами как звезда главной последовательности G-типа, или желтый карлик. Другими словами, наше солнце - коротышка средних лет. Но если вы думаете, что это скучно, читайте дальше!
Солнце составляет около 99,8% всего вещества в нашей Солнечной системе и каждую секунду преобразует четыре миллиона тонн этого вещества в энергию. Эта энергия выделяется в объеме около 276 ватт на квадратный метр (астрономический метр).
На Солнце тоже есть "погода", и событие Каррингтона неразрывно с ней связано. Солнце переживает 11-летний цикл активности - солнечный максимум, за которым следуют спад и солнечный минимум. И Солнце в настоящее время находится на подъеме; следующий солнечный максимум ожидается в 2024 году. Максимумы отмечаются повышенным появлением солнечных пятен - темных областей на поверхности Солнца, которые прохладнее, чем их окружение, но более магнитные. Эти темные пятна порождают всевозможные коннотации, от протуберанцев (плазменных арок, соединяющих отдельные солнечные пятна) до солнечных вспышек и выбросов корональной массы.
Однако, поскольку эти события редко затрагивают Землю, они не попадают в заголовки газет. Это может навести на мысль, что такое случается нечасто. Но на самом деле это нормальное поведение нашей звезды.
Что такое выброс корональной массы (CME)
В популярной прессе термины "солнечная вспышка" и "выброс корональной массы" иногда используются как синонимы, но это два разных явления. Солнечная вспышка - это выброс электромагнитной энергии (видимого света, рентгеновских лучей и т. д.) из Солнца, а CME - это выброс частиц из солнечной короны.
И то, и другое связано с одним и тем же событием - когда линии магнитного поля в нижней части солнечной короны скручиваются, разрываются, а затем снова соединяются. Результатом является сильная вспышка, которая может быть либо солнечной вспышкой, либо CME, либо и тем, и другим. CME со скоростью от 250 до 3000 км в секунду может достичь Земли всего за 15 часов. Распространяясь во всех направлениях, к моменту своего прибытия CME может покрывать расстояние около 37 417 000 км.
CME со взрывом выбрасывает миллиарды тонн заряженных протонов и электронов в солнечную систему. Более того, это облако частиц несет в себе магнитное поле, и это имеет решающее значение. Если бы магнитные поля частиц были выровнены с магнитосферой Земли, это было бы похоже на одинаковые "полюса" двух магнитов, отталкивающихся друг от друга, и даже самый мощный CME отскочил бы от магнитосферы. Но когда CME и Земля магнитно противоположны, это похоже на два магнита, соединяющихся вместе. И именно это произошло в 1859 году.
Музыка солнца
Благодаря железо-никелевому ядру наша планета генерирует мощное магнитное "силовое поле" - магнитосферу, которая экранирует большую часть того, что обычно излучает Солнце, например солнечный ветер. Гораздо более слабый, чем CME, солнечный ветер представляет собой мешанину частиц, постоянно вылетающих из короны Солнца. Когда он ударяется о магнитосферу Земли, большая его часть отскакивает, как вода от камня. На самом деле смертоносный для человека солнечный ветер имеет свои преимущества, действуя как защита от космических лучей - частиц высокой энергии из-за пределов Солнечной системы, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, которые разрывают ДНК на куски.
Но Земля отталкивает не все солнечные частицы. Некоторые попадают в саму магнитосферу, двигаясь по магнитным линиям к полюсам планеты и врезаясь в верхние слои атмосферы. Эти частицы передают свою энергию молекулам кислорода и азота, которые затем загораются, образуя полярное сияние.
Однако во время события Каррингтона все пошло немного по-другому.
Когда взойдет Солнце
1 сентября 1859 года Ричард Каррингтон был всего лишь одним из нескольких астрономов-любителей, наблюдавших в августе очень активную солнечную поверхность. Были зарегистрированы многочисленные солнечные пятна, и именно Каррингтон первым заметил мощную солнечную вспышку, которая стала предвестником еще большего выброса корональной массы. Всего за 17,6 часа CME преодолел расстояние почти в 150 миллионов километров между Солнцем и Землей, спровоцировав событие Каррингтона.
В отличие от землетрясений перед извержением вулкана или приливов перед цунами, никакого предупреждения о грядущем не было. К счастью, в 1859 году было очень мало отраслей промышленности, которые могли пострадать от события Каррингтона. Тем не менее для этим "немногим", должно быть, казалось, что весь мир вышел из-под контроля. Компасы внезапно резко повернули в северном направлении, сделав навигацию на корабле невозможной. Произошло короткое замыкание телеграфного оборудования или сначала скачок электрического тока, а затем короткое замыкание (через проводное соединение). Инженеры, следящие за линиями электропередач, видели искры, выбрасываемые со столбов. Это продолжалось в течение двух дней.
Сейчас ученые знают, что событие Кэррингтона было настолько мощным, что вызвало в магнитосфере Земли магнитную бурю. Оно имело мощность 10 миллиардов атомных бомб.
Во всем виновато Солнце
Так как же выброс звезды на расстоянии 150 миллионов километров смог поджечь телеграфные провода и поразить операторов электрическим током, если магнитосфера и атмосфера Земли действуют как экраны? Самый короткий ответ: событие Каррингтона было слишком мощным и целенаправленным.
Земля оказалась не в том месте и не в то время и подверглась удару того, что называется «идеальной солнечной бурей». Хотя магнитосфера и атмосфера действительно отразила большую часть смертоносного солнечного излучения события Каррингтона, к полюсам устремилось так много частиц, что планета приобрела электрический заряд. Системы, уже использующие электричество, «поглотили» этот заряд и столкнулись с огромной перегрузкой по мощности. Провода расплавились, телеграфы сгорели (воспламенилась тикерная лента), и любой, кто оказался бы рядом с ними, испытал бы неприятный шок. Окружающего полярного тока было так много, что телеграфисты, отключившие свои батареи, продолжали работать в обычном режиме. По сути, электрические технологии работали на энергии, разлитой в воздухе.
Это явление иногда может происходить — линии электропередач могут "выбросить" в ближайшую область так много энергии, что люминесцентные лампы будут гореть сами по себе, не будучи подключенными к источнику питания.
Реакция на событие Каррингтона
Поскольку тогда мировая электросеть была намного меньше, чем сейчас, пресса была сосредоточена не столько на ущербе, нанесенном событием Каррингтона, сколько на красоте, которую оно создало полярными сияниями в местах, которые никогда не видели такого светового шоу.
Эти полярные сияния были настолько яркими, что люди на северо-востоке США (где в то время была ночь) могли читать газеты. Газета Baltimore American and Commercial Advertiser сообщила, что ее читатели были свидетелями «великолепия полярных сияний ... Этот свет, казалось, покрыл весь небосвод, как светящееся облако, хотя на нем сияли звезды большей величины, чем обычно. Свет был ярче, чем от полной луны ... "
Эффекты не ограничивались северным полушарием: в Австралии «представилась сцена почти невыразимой красоты, с южной стороны неба исходили огни всех мыслимых цветов, один цвет исчезал только для того, чтобы уступить место другому, возможно, еще более красивому, чем предыдущий ... "
В Скалистых горах полярные сияния давали так много света, что шахтеры просыпались на несколько часов раньше, думая, что уже рассвет, и готовили завтрак.
Тьма Солнца
На практике «Электрическая эра» началась в 1880 году, когда Томас Эдисон изобрел лампочку накаливания. В 1859 году электроэнергия была еще очень новомодной и ограничивалась в основном телеграфными системами. Сейчас общество гораздо больше зависит от электричества и электроники.
В 2018 году Фрэнсис О'Салливан, директор по исследованиям Энергетической инициативы Массачусетского технологического института, вкратце описал, что произойдет сегодня в результате обвала электросети, связанного с CME: «Если событие такого масштаба произойдет завтра, это будет катастрофой. Дело не только в том, что погаснет свет. Исчезнут все банковские счета. Это крайне важно для всего, включая оборону». Если подобное произойдет сегодня, экономики всех стран пострадают в равной степени или будут полностью уничтожены.
Интернет перестанет существовать. Телефоны будут отключены, поэтому люди не смогут вызвать пожарных для устранения пожаров, да и электроника самих пожарных машин может критически замкнуться. Контроль за армией спутников на орбите будет потерян. Компьютеры, цепочки поставок, фондовые биржи и атомные электростанции - все рухнет.
Это случалось раньше и случится снова
Событие Каррингтона не было уникальным. На самом деле выброс корональной массы является довольно распространенным явлением — даже когда Солнце находится в своем солнечном минимуме, в неделю происходит около одного СМЕ. При максимуме солнечной активности CME наблюдается два-три раза в день. К счастью для нас, Земля редко оказывается под прицелом.
Тем не менее в 1921, 1960, 1989 и 2010 годах Земля подвергалась воздействию меньших CME. "Меньшие", однако, является субъективным термином; CME 1989 года на 9 часов отключил электросеть по всей канадской провинции Квебек. Более того, CME уровня Каррингтона не являются редкостью. Так, массивный CME был выпущен с Солнца в 2012 году и "разминулся" с Землей всего на девять дней. Если бы попадание было прямым, Земля даже два года спустя "все еще собирала бы осколки".
Прямые попадания были и задолго до 1859 года. Используя данные о кольцах деревьев и об изотопах ледяных кернов Гренландии, ученые обнаружили доказательства того, что CME уровня Каррингтона поражал Землю в 774 и 993 годах. Еще один крупный удар пришелся на 1770 год, распространив полярные сияния до самого Тимора. Однако, учитывая технологии того времени, большая часть человечества просто посмотрела адское световое шоу.
Подсчитано, что CME типа Каррингтона попадает на Землю каждые 150 лет, а 1859 год был 162 года назад. Хотя CME, разрушающий технологии, маловероятен, достаточно одного, чтобы планета погрузилась в темноту, а мы вернулись к использованию ручных пишущих машинок. Космические агентства располагают флотом спутников, постоянно наблюдающих за Солнцем на предмет солнечных вспышек и выброса корональной массы, чтобы в случае опасности дать нам сигнал.
Первой, кто подтвердит неизбежный удар CME по Земле, будет Климатическая обсерватория глубокого космоса, но даже она сможет дать предупреждение только за 15-60 минут до самого события.
Что мы будем делать, если это произойдет
Как и в 1859 году, энергетическая инфраструктура планеты не подготовлена к CME. В случае удара уровня Каррингтона будет нанесен колоссальный ущерб, и целью является смягчение последствий. Первая рекомендация - установка более стойкого энергетического оборудования, вторая - создание интеллектуальных сетей. Тревожно то, что в исследовании 2011 года отмечается, что общественность в целом не знает, что такое геомагнитная буря или что произошло во время события Каррингтона.
Четкого и быстрого плана действий в случае CME нет; мы, скорее всего, сделаем то, что сделали телеграфисты в 1859 году: отключим все. Это приведет к всемирному затмению.
Как CME убил Марс
На безжизненность Марс обрекли не его размеры и не расстояние до Солнца, а отсутствие магнитосферы. На Земле магнитное поле, создаваемое конвекцией в твердом железо-никелевом ядре планеты, безопасно отклоняет солнечное и космическое излучение, которое в противном случае повреждает или даже убивает живые клетки. Тем же способом магнитное поле защищает атмосферу. Земля имеет самую сильную магнитосферу из всех внутренних планет.
Ученые обнаружили, что, хотя ядро Марса неожиданно велико, оно, скорее всего, "загрязнено" такими элементами, как сера, которые поддерживают его в жидком состоянии. Отсутствие твердого ядра означает, что у Марса никогда не было планетной магнитосферы. А значит, с первого дня своего существования Марс столкнулся с агрессивностью Солнца.
Постоянный поток заряженных частиц от Солнца в виде солнечного ветра медленно разрушил бы раннюю марсианскую атмосферу, как река; выброс корональной массы превратил бы эту "реку" в Ниагарский водопад и вырвал бы из атмосферы целые куски. Возможно, в совей "молодсти" Солнце было гораздо более активным и намного чаще наносило удары по планетам с помощью CME.
CME поражают не только нас
Как вы, возможно, уже поняли, выбросы корональной массы являются чрезвычайно мощными звездными событиями. Но они не настолько сильны, чтобы их можно было легко обнаружить на других звездах. Действительно, только в 2019 году у нас появились первые неопровержимые доказательства, что CME происходят не только на Солнце, но и на других звездах. А в случае с астрономией это действительно ситуация "либо фотографируй, либо этого не происходило".
Рентгеновская обсерватория Чандры обнаружила CME, исходящий от OU Andromedae - звезды, расположенной примерно в 450 световых годах от Земли в созвездии Андромеды. Также известная как HR 9024, она, по оценкам, почти в 10 раз больше Солнца и примерно в три раза мощнее. Эту желтую звезду можно увидеть невооруженным глазом.
Ученые Чандра обнаружили, что CME OU Andromedae был отмечен интенсивной вспышкой рентгеновских лучей, за которой последовал выброс гигантского пузыря горячего газа, содержащего заряженные частицы (плазму). Данные свидетельствуют о том, что в космос было запущено два квинтиллиона фунтов (1 фунт = 0,4536 кг) вещества, что примерно в 10 000 раз превышает самый массивный CME, который когда-либо производило Солнце. Это также намекает на то, что выбросы корональной массы могут происходить на звездах, сильно отличающихся от Солнца.
И для справки, два квинтиллиона обозначаются так: 2 000 000 000 000 000 000 000. Это 18 нулей.
Если статья была интересной, буду благодарна вам за лайк. Также буду рада видеть вас среди подписчиков канала. Спасибо!
Вам также может понравиться:
Ученые предупреждают, что гамма-всплеск может привести к концу света
Вот что произошло бы, если бы гравитация внезапно исчезла. Часть 1
Найдена новая черная дыра - самая близкая к Земле!
#наука #космос #солнце #вспышки на солнце #интересные факты