Космическая погода: солнечные пятна, вспышки и корональные выбросы массы (1 фото). Влияние солнечных вспышек и корональных выбросов на землю и ее окружение Корональные выбросы на солнце
Еще есть постоянный поток частиц в виде солнечного ветра, непредсказуемые солнечные вспышки, корональные выбросы массы. Все они попадают под определение «космической погоды».
Пятна на Солнце
В ходе изучения поверхности Солнца на ней можно заметить небольшие темные области. Они различаются по размерам и месторасположению. Как правило, эти пятна сосредоточены в областях выше и ниже экватора. Они образуются в результате взаимодействия плазмы на поверхности Солнца с магнитным полем.
Солнечные пятна – это области на Солнце, температура которых значительно ниже в сравнении с другими участками. Температура в данных областях достигает 3 527 градусов по Цельсию, что почти на 1 727 градусов меньше, чем на остальных участках Солнца. Однако не позволяйте цифрам себя обмануть. Если бы нам представилась возможность созерцать на ночном небе одно солнечное пятно, оно сияло бы в 10 раз ярче полной луны. Если же сравнивать с Солнцем, диаметр которого составляет 1 392 млн километров, солнечные пятна могут показаться небольшими по величине. Как правило, данные области занимают менее 4% видимого диска Светила. Они соизмеримы с диаметром Нептуна, самой маленькой из газовых планет. Однако продолжительность жизни солнечных пятен вне зависимости от места расположения не превышает нескольких недель.
Солнечный цикл, под которым понимается цикл солнечной активности, длится 11 лет. Последний солнечный цикл начался в январе 2008 года и достиг своего пика в 2013. Несмотря на низкий уровень солнечной активности, крупнейшее солнечное пятно за всю историю ученые наблюдали в ноябре 2014 года. Оно было соизмеримо с Юпитером.
Солнечные вспышки
Интенсивные магнитные поля в областях возникновения солнечных пятен также приводят ко взрывам, известным как солнечные вспышки. Энергия при этом высвобождается наружу с силой, превышающей энерговыделение миллионов водородных бомб.
Температура внешней части солнечной атмосферы, известной как корона, в момент солнечных вспышек, как правило, достигает нескольких миллионов К. Когда солнечные вспышки минуют корону, они нагревают газ до 10-20 млн K, иногда данный показатель достигает ста миллионов К. По данным НАСА, энергия, которая выделяется при солнечной вспышке «эквивалентна энергии, выделяемой при одновременном взрыве миллиона 100-мегатонных водородных бомб».
Крупнейшие солнечные вспышки оказывают значительное влияние на Землю. Они могут вызвать длительные радиационные бури в верхних слоях атмосферы и стать причиной прекращения радиосвязи. Средние вспышки могут также вызвать кратковременное прекращение радиосвязи в полярных регионах и иногда незначительные радиационные бури.
Корональные выбросы массы
Во время солнечных вспышек магнитная энергия, которая накапливается в активных областях на Солнце, в большей части реализуется в виде электромагнитного излучения. Во время корональных выбросов массы она расходуется на то, чтобы ускорить массы вещества в солнечной коре.
Как и солнечные вспышк, корональные выбросы масс повышают радиацию во внешних слоях земной атмосферы, влияя на космонавтов и радиосигналы. Однако в отличие от вспышек, они также приносят заряженные частицы материи, которые взаимодействуют с полем, окружающим нашу планету. Результаты такого взаимодействия могут варьироваться в зависимости от размера, скорости и магнитной силы данных частиц.
Мощная вспышка Х9.3 на Солнце уже привлекла к себе немало внимания, но, по последним новостям, во время нее произошел крупный выброс солнечного вещества, и он, оказывается, направлен в сторону Земли. Электромагнитный апокалипсис или шикарное зрелище - чего ждать в ближайшие сутки-двое?
Вспышка X9.3, фото обсерватории SDO/NASA
Несмотря на то, что Солнце движется к минимуму одиннадцатилетнего цикла своей активности (начался в 2008 году), количество пятен, вспышек и корональных выбросов массы не падает совсем до нуля. В минувшую субботу всего за сутки большое солнечное пятно разрослось в целую активную область AR2673, настолько обширную, что ее можно было бы увидеть невооруженным глазом.
Пейзаж 3 сентября, фото Bob King
Общая схема солнечных пятен на 5 сентября, фото SDO/NASA
AR2673 крупным планом
Активная область оказалась очень "взрывоопасного" типа , в начале недели было не менее семи умеренных вспышек, а в среду - еще как минимум шесть. И одна из них оказалась экстремально мощной, составив в максимуме 9.3*10 −4 Вт*м 2 . Всплеск яркости говорит лучше цифр.
Сама по себе вспышка уже вызвала некоторые проблемы со связью на Земле и в околоземном пространстве. Но этого оказалось мало - вместе с ней произошел корональный выброс массы. Необходимо отметить, что на сегодняшний день нет стройной теории, описывающей происходящие в активной области процессы, выбросы массы считаются независимыми от вспышек, хотя часто происходят вместе. Большое количество солнечного вещества отправилось в полет со скоростью не меньше 1000 км в секунду. И так получилось, что Земля оказалась на его пути.
Схема движения выброса массы, анимация solarham.net
Вид со спутника SOHO
Размеры облака плазмы таковы, что наша планета будет "купаться" в заряженных частицах сутки-двое. И эти частицы будут взаимодействовать с магнитным полем Земли и тем, что находится под ним.
Насколько это опасно?
Из измеренных вспышек самая сильная произошла 4 ноября 2003 года, и, поскольку датчики тогда зашкалило, ведутся споры, отнести ее к классу X28, X35 или все-таки X45. Это в 3-5 раз мощнее, чем сейчас. В 2001 году была вспышка X20, в 2003 - X17,2, в 2005 - X17. И ничего, человечество это пережило и даже успело благополучно забыть. Самыми известными случаями, когда космическая погода повлияла на нашу жизнь, были событие Кэррингтона и вспышка 1989 года. Событие Кэррингтона произошло 1 сентября 1859 года. Случилась экстремально мощная солнечная вспышка (ее оценивают в X45) и корональный выброс массы достиг Земли всего за 17 часов, потому что предыдущий выброс буквально расчистил ему путь. Полярные сияния можно было наблюдать на широте Кубы, севернее под их светом можно было читать, но главный тогдашний пользователь электричества, телеграф, серьезно пострадал. Телеграфистов било током, столбы искрили, а некоторые ушлые телеграфисты смогли работать, отсоединив аппарат от штатного питания и используя халявную энергию солнечной плазмы.
Фантазия современного художника, как сейчас может выглядеть подобное событие
В марте 1989 года произошла вспышка X15. Спустя обычные три с половиной дня солнечная плазма достигла Земли, и у уже гораздо более технически продвинутого человечества начались некоторые проблемы - пропала связь с несколькими спутниками, у находившегося тогда на орбите шаттла Дискавери стал врать датчик системы электропитания, но хуже всего пришлось жителям провинции Квебек в Канаде - там сработали предохранители на высоковольтных линиях электропередач, и сотни тысяч людей остались без света на девять часов. Уже после происшествия различные энергетические сети по всему земному шару приняли меры, чтобы подобные проблемы больше не повторялись, но ЛЭП большой протяженности (особенно высокого напряжения), а также трансформаторы по самой своей природе уязвимы к геомагнитным наведенным токам, так что при очень сильной буре определенные риски для сетей электропитания будут всегда.
Любопытно, что событие, по мощности сравнимое с Кэррингтонским, произошло в 2012 году, но тогда поток заряженных частиц полетел мимо Земли.
Вывод: Стоит ожидать возможных проблем со связью, может временно или насовсем выйти из строя несколько спутников, но ничего страшного быть не должно.
В ожидании красоты
Еще один фактор, который определяет интенсивность воздействия солнечной плазмы на Землю - направление ее магнитного поля пока неизвестен. Если оно совпадает с местным магнитным полем Земли, эффект будет минимальным. А вот если оно будет противоположным, то нас ждут очень яркие полярные сияния.Пока что прогнозируют уровень магнитной бури Кр=7, то есть полярные сияния можно будет увидеть на большей части территории России.
Магнитная буря, прогноз NOAA
Из всего сказанного выше, следует один простой вывод - вечером пятницы и даже субботы поглядывайте на небо - вполне реален шанс заметить вот такую красоту:
Март 2015 года, город Киров
Также можно следить за сообщениями группы
Корональные выбросы массы (Coronal mass ejections или CME ) представляют собой гигантские объемы солнечного вещества, выбрасываемые в межпланетное пространство из атмосферы Солнца в результате происходящих в ней активных процессов. По видимому, именно вещество корональных выбросов, достигающее Земли, является главной причиной возмущений земной магнитосферы и магнитных бурь . Природа выбросов и причины, по которым они происходят, понятны пока не до конца. Так, например, давно известно, что корональные выбросы массы часто (возможно всегда) связаны с солнечными вспышками , но механизм этой связи так до сих пор и не установлен. Не известно даже, предшествует ли выброс вспышке или, наоборот, является ее следствием.
Хотя наблюдения дальней короны Солнца во время затмений насчитывают тысячи лет, существование корональных выбросов массы оставалось неизвестным вплоть до начала космической эры. Впервые наблюдательные свидетельства этого явления были получены около 35 лет назад на коронографе солнечной орбитальной станции OSO 7, работавшей на орбите с 1971 по 1973 год. Причина, по которой открытие корональных выбросов массы случилось так поздно, состоит в том, что полная фаза солнечных затмений продолжается на Земле очень короткое время (всего несколько минут), что недостаточно для обнаружения коронального выброса , длящегося несколько часов. Кроме того, наземные коронографы неспособны обнаружить слабое излучение выброса из-за яркого свечения неба. Коронографы, устанавливаемые на борту космических аппаратов, избавлены от этого недостатка и благодаря этому предоставляют широкие возможности для исследования корональных выбросов .
Корональные выбросы массы нарушают движение потоков солнечного ветра и вызывают магнитные бури , которые иногда приводят к катастрофическим результатам. По этой причине исследование корональных выбросов и разработка способов их раннего прогнозирования представляет большое значение. Большое число выбросов и эруптивных протуберанцев в последнее десятилетие было зарегистрировано космическим коронографом LASCO (The Large Angle and Spectrometric Coronagraph) на борту станции SOHO (Solar and Heliospheric Observatory. Наблюдения LASCO показали, что частота корональных выбросов массы зависит от
Страница 2 из 2
Через 3-5 суток межпланетные ударные волны и корональные выбросы достигают Земли. Из-за противодействия магнитного поля планеты сгустки плазмы (часто их размеры оказываются намного больше размеров Земли) не могут про-никнуть в магнитосферу, но они вызывают нечто, подобное сильному удару. Магнитосфера деформируется, а потом ко-леблется с некоторой частотой. В ней наводятся дополни- тельные электрические токи, происходит частичная перестройка структуры, разогрев плазмы и ускорение частиц.
Аналогичное действие на магнитосферу Земли оказывают и межпланетные ударные волны.
Как следствие воздействия межпланетных ударных волн и корональных выбросов возникают магнитные бури и со-путствующие им явления в атмосфере и биосфере Земли.
Кроме упоминавшихся нарушений в радиосвязи вследс-твие наводимых индукционных полей, магнитные бури приводят к возникновению больших перегрузок в длинных (особенно вытянутых вдоль параллелей) линиях электро-передач, что приводит к отключению целых систем. Нап-ример, известная авария энергетических систем в Нью-Йорке 24 марта 1991 г. была вызвана сильной магнитной бурей.
Гелиобиология
То, что вспышки и выбросы на Солнце опосредованно вли- яют на психическое и физическое состояние человека, впер- вые было установлено А. Л. Чижевским еще в начале XX в. после изучения огромного количества статистических мате- риалов. Хотя в то время его труды не были оценены по досто- инству, они не утратили своей актуальности и по сей день. Наоборот, все больше и больше научных данных подтвер-ждают правоту этого исследователя. В работах А. Л. Чижев-ского, которого по праву считают основателем новой науки — гелиобиологии, тесным образом переплелись общая био- логия, физиология, медицина, психология, с одной стороны, и астрономия, геофизика и метеорология — с другой.
К сожалению, объем журнальной статьи не позволяет осве- тить достижения этой молодой, но чрезвычайно интересной и важной для каждого жителя Земли науки. Отметим только, что гелиобиология изучает причинную связь между активными процессами на Солнце и жизнедеятельностью земных биологи- ческих объектов, в том числе и человека. И хотя многие аспек- ты этой связи еще не до конца ясны, очевидно: различные про-явления солнечной активности, например, магнитные бури, да- ют толчок, выводящий ослабленный организм из состояния равновесия, что может привести даже к его гибели. А поэтому очень важно научиться прогнозировать активность Солнца.
Немного о космической погоде
О том, что землян все больше волнует вопрос о влиянии Солнца на нашу жизнь свидетельствует, в частности, факт существования в некоторых странах научной программы под очень красноречивым названием — "Космическая погода". Первая такая программа была разработана в США в 1995 г. Ее цели и задачи сформулированы в документе "Стратеги-ческий план Национальной Программы "Космическая Пого- да". В этом документе впервые дано определение понятию "космическая погода" — это изменения условий на Солнце, в солнечном ветре, магнитосфере и ионосфере, которые могут повлиять на работу и надежность бортовых и наземных тех-нологических систем и угрожать здоровью и жизни людей.
В 1999 г. была создана Европейская программа космичес-кой погоды. Существует аналогичная национальная прог-рамма Японии, разрабатываются подобные программы в России и в Китае.
Как известно, цикличность процессов является основой их прогнозирования. Так, для предсказания средних харак-теристик циклической деятельности Солнца на несколько лет вперед используют метод экстраполяции характеристик предыдущих циклов. Долгосрочный прогноз на несколько месяцев вперед базируется на крупномасштабных долговре- менных явлениях (комплексы активных областей, слабые корональные магнитные поля и т.д.). Прогнозирование сол- нечной активности производится на основе непрерывных из- мерений всевозможных параметров Солнца.
Выше мы говорили о корональных выбросах массы как об одном из главных факторов, влияющих на магнитосферу Земли. Очевидно, что заблаговременная регистрация такого выброса и последующее слежение за его перемещением к Земле является очень важной научной задачей.
Некоторые исследователи считают, что наиболее дейс- твенным методом слежения за движением коронального выброса массы от Солнца к Земле и определения его скорос- ти является наблюдение радиоизлучения, возникающего в межпланетной среде. Это излучение поглощается атмосфе-рой Земли, поэтому такие наблюдения можно проводить только на космических аппаратах, находящихся достаточно далеко от поверхности нашей планеты. А это, безусловно, не простая и, вдобавок, не дешевая задача.
В Украине совсем недавно запатентован способ регистрации корпускулярных потоков (автор статьи является одним из раз-работчиков этого способа), исходящих из Солнца, который не требует сложной и дорогостоящей космической техники. Наб-людения можно успешно проводить и с поверхности Земли. Но для получения максимального результата необходимо наблю- дать Солнце в непрерывном режиме. Похоже, что пришло вре-мя создать на Земле службу космической погоды.
Человечество вступило в третье тысячелетие. Пере-ступить следующий такой же порог нашим потомкам удастся только в том случае, если мы уже сейчас поймем — жизнь, в особенности разумная ее форма, очень хрупкое кос мическое явление. По большому счету, она всецело зависит от породившей ее Вселенной, но в первую очередь от плане- ты на которой она возникла и от звезды, возле которой эта планета находится. Отсюда вывод; надо беречь Землю и стараться максимально изучить и понять источник на-шей жизни — звезду по имени Солнце.
Иван Крячко
Солнечные вспышки
|
Данные эксперимента СПИРИT (ФИАН) - на ИСЗ КОРОНАС-Ф - Вспышка 28.10.03, 11:00 UT Х17.2/4B, S16E08 –УФ (линия MgXII - 8.42 А) . |
Солнечная вспышка – это мощное проявления СА, вызванное возникновением неустойчивой конфигурации магнитного поля в активной области на Солнце. Вспышки наблюдаются в виде внезапного увеличения яркости солнечной хромосферы, при мощных событиях − и фотосферы. Вспышка длится от нескольких минут до десятков минут и сопровождается выделением энергии до 10 26 Дж в виде коронального выброса массы и потока космических лучей, электромагнитного излучения во всех диапазонах от ультра-фиолетового, рентгеновского и гамма-излучения до метровых радиоволн . |
От чего зависит степень геоэффективности солнечных вспышек?
Не каждая вспышка, произошедшая на Солнце, влияет на состояние ОКП, то есть
является геоэффективной. Геоэффективность вспышечных явлений, в основном,
определяется мощностью
(интенсивностью) и локализацией на диске Солнца.
Естественно,
что чем мощнее вспышка, тем более сильное влияние она может оказать на ОКП, при
условии, что образовавшиеся в ней частицы достигнут орбиты Земли. Согласно
последним исследованиям, максимальную геоэффективность имеют вспышки
рентгеновского класса выше М5, произошедшие на западной половине солнечного
диска (например, ).
(Подробнее см. материалы к теме "Солнечные космические лучи").
Корональные выбросы массы (КВМ)
В 90-е гг. 20 века стало ясно, что важным источником геоэффективных возмущений являются не только солнечные вспышки, но также и гигантские выбросы вещества из короны Солнца, так называемые корональные выбросы массы (КВМ) . Схематично КВМ выглядит как оторвавшаяся от Солнца замкнутая петля магнитного поля, несущая в себе сгусток коронального вещества (см. рисунок 2).
Эруптивные протуберанцы
Эруптивные протуберанцы (ЭП)
- это крупные образования в
атмосфере Солнца, отличающиеся от окружающего их вещества повышенной плотностью
и пониженной температурой; наиболее заметный тип проявления активности в
солнечной короне . Вопрос о степени влиянии
протуберанцев на космическую погоду (прямого или
косвенного, как одна из возможных причин возникновения (КВМ)
) на сегодняшний день остается открытым.
Примером события, когда распад волокна (волокно – это протуберанец, наблюдаемый
в проекции на солнечный диск) стал источником возрастания потоков СКЛ в ОКП,
может служить событие 14-17 апреля 1994 . Но
следует отметить, что такие события являются относительно редкими.
Высокоскоростной солнечный ветер
Солнечный ветер имеет бимодальный характер, это смесь медленного и быстрого
потоков. Скоростной поток, в свою очередь, делится на квазистационарные и
спорадические потоки, имеющие разную природу. Квазистационарные
высокоскоростные потоки
солнечной
плазмы, ответственные за рекуррентные геомагнитные возмущения, наблюдаются над
корональными
дырами
.
Скорость здесь повышена до 700-1000 км/с, плотность понижена (3-4 см -3).Спорадические
высокоскоростные потоки
-
относительно кратковременные и сложные по структуре образования, ответственные
за спорадические магнитосферные возмущения, в частности, с ними связаны большие
магнитные бури.
Скорость солнечного ветра в спорадических потоках достигает 1200 км/с; на
переднем фронте и впереди его образуется ударная волна .
Корональные дыры
Корональные дыры (КД) − это области солнечной короны с относительно низкой температурой (0.8 × 10 6 К), пониженной плотностью и направленным примерно радиально от Солнца магнитным полем. На фотографиях в рентгеновских лучах КД выглядят тёмными по сравнению с другими областями короны (см. рисунок). КД, по-видимому, всегда существуют в полярных областях Солнца и иногда продолжаются в область низких широт, где могут образовываться изолированные КД
