Наука привыкла объяснять почти все. Если где-то в космосе вспыхивает звезда, то мы знаем физику ее горения. Если по ночному небу пролетает яркий метеор, то мы можем вычислить его траекторию. Даже сложнейшие процессы на Солнце сегодня подробно отслеживаются обсерваториями. Но бывают моменты, когда привычная картина рушится, и сама природа бросает вызов знаниям.
Недавно Земля пережила именно такой момент. На фоне спокойного Солнца, когда не было ни вспышек, ни выбросов плазмы, ни даже малейших предвестников космической "бури", магнитосфера нашей планеты вдруг взбунтовалась.
"Магнитное поле Земли просто взяло и подняло восстание", - образно описали ситуацию в Лаборатории солнечной астрономии Института космических исследований РАН.
Что обычно вызывает магнитные бури
Чтобы понять масштаб странности, стоит вспомнить, как обычно все происходит.
Магнитные бури возникают из-за Солнца. Солнечные вспышки или корональные выбросы массы посылают в сторону Земли облака заряженных частиц. Они долетают до нас за несколько десятков часов и ударяют по магнитосфере, невидимому защитному кокону нашей планеты.
Фото: Shutterstock
В результате на полюсах вспыхивают полярные сияния, в атмосфере возникают токи, а на поверхности некоторые люди начинают жаловаться на головные боли, скачки давления и усталость. Для науки и техники такие события куда опаснее: они могут вывести из строя спутники, нарушить работу радиосвязи и даже повредить трансформаторы в энергосетях.
Иными словами, классическая магнитная буря - это реакция Земли на внешнее раздражение. Но в этот раз внешнего раздражителя не было.
Суббуря: тайна "самовзрыва" магнитосферы
Единственным объяснением случившегося ученые называют суббурю. Сам термин звучит как нечто маленькое, "подчиненное" большой буре. Но на самом деле речь идет о поразительном явлении - внезапном высвобождении энергии внутри самой магнитосферы.
Руководитель лаборатории Сергей Богачев поясняет: во время суббури нарушается равновесие в хвосте магнитосферы. Этот хвост - не метафора, а реальная структура: магнитное поле Земли вытянуто от Солнца в противоположную сторону, и его "конец" тянется на сто тысяч километров. Чтобы было понятнее, это почти расстояние до Луны.
В этом хвосте, словно в натянутой струне, копится энергия. Долго-долго она держится в равновесии, пока что-то не нарушит баланс. И тогда энергия высвобождается рывком. С поверхности это чаще всего выглядит как внезапное появление полярных сияний, хотя никаких "солнечных подарков" в сторону Земли не летело.
Полярные сияния без причины
Исторически именно по сияниям суббури впервые и заметили. Ученые XIX века, которые внимательно наблюдали за северными огнями, вдруг поняли: иногда сияния появляются ни с того ни с сего, без всякой солнечной активности. Это было настоящим открытием.
Сегодня мы знаем, что сияния - это следствие столкновения заряженных частиц с молекулами атмосферы. Обычно эти частицы прилетают от Солнца. Но при суббуре частицы "подпитываются" энергией прямо внутри магнитосферы. Они ускоряются и устремляются вниз, к атмосфере, где и создают световое шоу.
Для наблюдателя разницы почти нет: и то, и другое красиво. Но для науки разница принципиальная. Одно дело объяснять сияние Солнцем, и совсем другое видеть, что сама Земля способна на подобные вспышки.
Магнитный хвост - огромный и загадочный
Чтобы представить себе хвост магнитосферы, можно вообразить гигантский флаг, который колышется за Землей на "ветру" солнечного излучения. Этот флаг невидим, но он огромен. Его ширина - десятки земных диаметров, а его протяженность - сотни тысяч километров.
Именно в этом хвосте происходит главный драматический момент суббури - так называемое "магнитное пересоединение". Линии магнитного поля, вытянутые и натянутые, внезапно меняют конфигурацию, словно рвущаяся струна или перехлестнутые провода. Огромные запасы энергии при этом высвобождаются мгновенно.
Всплеск разлетается по магнитосфере, и часть энергии уходит в сторону Земли. Так и рождается суббуря.
Чем это грозит людям и технике
Можно подумать: ну и что, еще одна причуда природы. Но у суббури есть вполне ощутимые последствия.
Во-первых, это резкие колебания магнитного поля. Как мы уже писали выше, они могут вызвать сбои в работе радиосвязи, особенно на высоких широтах. Во-вторых, во время суббури в ионосфере усиливаются токи, а это чревато помехами для спутников и навигационных систем. В-третьих, в длинных наземных проводниках, линиях электропередач, могут индуцироваться паразитные токи. В истории уже были случаи, когда из-за магнитных бурь ломались трансформаторы и целые регионы оставались без света.
Фото: Freepik
Правда, суббури обычно локальны и не столь разрушительны, как крупные бури от солнечных вспышек. Но сама непредсказуемость делает их объектом пристального внимания. Ведь как прогнозировать то, что рождается без внешних причин.
Загадка для науки
Современные модели магнитосферы пытаются объяснить суббури через накопление и внезапное пересоединение линий поля. Но точный механизм все еще остается загадкой. Ученые спорят о том, что именно запускает этот процесс. Это может быть и случайная нестабильность, и невидимая микроволна плазмы, и внутренние колебания "хвоста".
Сегодня за суббурями охотятся целые международные проекты. Спутники фиксируют магнитные поля и потоки частиц, наземные обсерватории следят за сияниями, а суперкомпьютеры строят модели. Каждое новое событие становится бесценным материалом: именно такие "аномалии" позволяют проверять и уточнять теории.
Для нас, обычных наблюдателей, ничего не меняется. Кроме самочувствия у метеозависимых.
А вот ученые не скрывают, что пока они теряются в догадках. Но именно это и есть наука в ее настоящем виде. Сначала случается неожиданность, потом идут споры и гипотезы, а затем появляются новые приборы, новые данные и новые модели. И постепенно загадка перестает быть загадкой.
Может быть, именно такие странные события, как внезапная буря без Солнца, когда-то приведут нас к более глубокому пониманию того, как работает магнитосфера, как рождаются сияния и как в целом устроена динамика нашей планеты.