В начале этого месяца на Солнце произошла серия мощных вспышек. Два дня спустя после самой интенсивной солнечной вспышки класса X8.1, от 2 февраля, последовала вспышка класса X4.2, которая спровоцировала массовые отключения радиосвязи в некоторых частях Африки и Европы.
Какова природа таких вспышек, почему они могут вызывать отключение радиосвязи на Земле и могут ли учёные их спрогнозировать, рассказывает Лука Соррисо-Вальво – астрофизик, специализирующийся на исследованиях солнечного ветра, инструктор по космической погоде для астронавтов ЕКА и председатель Комитета по науке в Парламенте Асгардии.
Солнечные вспышки – это внезапные выбросы энергии, выделяемой Солнцем, которые могут повлиять на радиосвязь и создать помехи для электросетей и сигналов радиолокационных систем навигации.
«Наиболее крупные вспышки обычно имеют класс Х, далее следует число, где «Х» означает уровень рентгеновского излучения, а число указывает на количество испускаемого излучения, измеренное на Земле. Поэтому более сильные вспышки имеют большее численное значение.
Сильнейшие солнечные вспышки, а именно те, при которых высвобождаемая магнитная энергия настолько велика, что разогретая плазма испускает экстремальное УФ- и рентгеновское излучение, вызывают нарушения радиосвязи», – поясняет г-н Соррисо-Вальво. – Такое излучение – в виде рентгеновских лучей или экстремального ультрафиолета, представляющего собой высокоэнергетические фотоны, – распространяется по всей Солнечной системе и достигает Земли, нагревая и ионизируя верхние слои ионосферы».
Ионосфера – это часть верхних слоёв атмосферы Земли, простирающаяся на высоту примерно от 80 до 600 километров. Она заходит в самые верхние слои атмосферы и в начало космического пространства.
Солнечное излучение «выбивает» электроны из атмосферных газов, создавая целое море электрически заряженных частиц. Большое значение ионосферы определяется тем фактом, что она отражает и модифицирует радиоволны, используемые для связи и навигации.
При сильном изменении и расширении ионосфера вызывает усиленное поглощение высокочастотных радиосигналов вместо стандартного отражения, на котором основана наземная связь, а также может препятствовать передаче сигналов в космос, используемых для связи со спутниками. По словам Луки Соррисо-Вальво, это приводит к перебоям в связи, подобным тем, что произошли 4 февраля.
Поскольку фотоны, в отличие от заряженных частиц, движутся со скоростью света, смягчить последствия невозможно – излучение поступает практически в то же время, когда мы видим вспышку, примерно через восемь минут после того, как она происходит на Солнце. Это отличается от геомагнитных бурь, вызванных заряженными частицами, которым требуются часы или дни, чтобы достичь Земли.
Единственная возможность – это прогнозирование вспышки, что действительно сложно и пока недостижимо, – ещё одна причина, почему нам нужно изучать динамику Солнца.
Отключения электроэнергии случаются относительно часто в периоды высокой солнечной активности, например в последние несколько лет, но фактический ущерб на Земле зависит от степени реакции определённых частей ионосферы на усиленный поток рентгеновского излучения.
На процесс влияют несколько факторов, включая время суток, поскольку каждый день ионосфера расширяется и сжимается под воздействием солнечного света, что значительно затрудняет прогнозирование.
Вспышка произошла в группе солнечных пятен AR4366. Это весьма обширная область размером примерно в 15 земных диаметров.
«Это очень активная область, что не редкость во время солнечного максимума, – поясняет Лука. – Я бы не сказал, что она особенно «плохая», так как в этой фазе солнечного цикла это вполне нормально. Это сложная область: магнитное поле, связанное с ней, перемешивается и искажается плазмой, при этом повышается вероятность, что линии магнитного поля противоположной полярности будут переплетаться и пересекаться, – идеальные условия для магнитного пересоединения.
Когда скрученные магнитные поля разрываются и быстро реорганизуются, высвобождается огромное количество энергии. В результате на Земле могут наблюдаться сопутствующие вспышки, выбросы плазмы, а иногда и геомагнитные бури».
«Область AR4366 – невероятно сложная, и, по последним данным, она произвела большое количество вспышек, порядка 20 в день, за последние несколько дней, – отмечает Лука. – Изучая активную область и наблюдая за её топологией, мы вправе ожидать, что она будет выпускать сильные вспышки (хотя иногда этого не происходит), но мы понятия не имеем, когда это случится.
Подобная активная область может существовать неделями, поэтому поддерживать состояние повышенной готовности так долго нецелесообразно. В последнем случае Земле удалось избежать более серьёзных последствий.
Нам повезло. В других случаях даже гораздо менее интенсивные вспышки в состоянии вызывать мощные выбросы массы, которые провоцируют геомагнитные бури».
Учёные продолжают исследовать объективные предупреждающие знаки.
«Исследователи пытаются определить, какой наблюдаемый параметр можно использовать для выявления условий, приводящих к более сильным вспышкам. Основным кандидатом является топологическая сложность магнитного поля, возникающего из солнечных пятен. Это, по-видимому, многообещающий способ выявления предвестников крупных вспышек, и научное сообщество прилагает значительные усилия для решения этой проблемы», – говорит Лука Соррисо-Вальво.