Магнітні бурі: як наука передбачає їх виникнення і чи можемо ми підготуватися до наслідків

Як прогнозують магнітні бурі та які у цього обмеження?

Магнітні бурі виникають унаслідок активності Сонця – під час потужних спалахів і корональних викидів маси у космосі формуються потоки заряджених частинок, які, досягнувши Землі, взаємодіють із магнітосферою й спричиняють геомагнітні бурі. Науковці вже понад століття намагаються передбачати ці події, але прогноз досі залишається непростим завданням, пише 24 Канал.

Дивіться також Ми давно знали, що на Сонці йде дощ, але тільки зараз учені дізналися, як це працює 

Основа для прогнозування – це постійний моніторинг Сонця, який ведуть з допомогою мережі супутників, зокрема DSCOVR, SOHO, SDO та інших космічних обсерваторій. Вони передають дані про стан сонячної активності, включаючи характеристики сонячного вітру, інтенсивність спалахів і напрямок корональних викидів маси. 

Зараз найефективнішим є короткостроковий прогноз, переважно на 1 – 3 доби наперед. Адже зарядженим частинкам Сонця потрібно саме стільки часу, аби подолати відстань до Землі. Самі спалахи на Сонці, які запускають ланцюг подій, наразі не піддаються передбаченню. Сучасна наука може припускати їхню появу на основі спостережень за сонячними плямами та їхнім магнетизмом. Певні характеристики магнітних полів у плямах можуть вказувати на спалах, але не гарантовано.

Отже, ось детальна послідовність подій:

• Спочатку науковці фіксують на Сонці всі наявні плями. Це такі області на поверхні зорі, де магнітні поля мають інші характеристики й трохи меншу температуру, через що вони здаються темнішими відносно сусідніх областей. Наука не вміє прогнозувати появу плям та їхню поведінку, але може припустити якісь події, якщо вимірювання помітять зміни в магнітному полі.
• Та чи інша пляма може викинути спалах, який сам по собі не є причиною магнітної бурі. Спалах – це енергетична подія, яка може спричинити радіаційну бурю в атмосфері та збої зв'язку на Землі, якщо випромінювання спрямоване на Землю. Хвиля рухається зі швидкістю світла й досягає планети за 8 хвилин, оскільки складається з енергії, а не з матерії. Наука не вміє прогнозувати появу спалахів та їхню поведінку.
• Спалах іноді, але не завжди, може закінчитися корональним викидом маси (КВМ). Це буквально викид матерії, яка складається з плазми (електронів та іонів). Такі потоки рухаються з різною швидкістю, але в середньому вони досягають Землі за три дні. Повільні рухаються до 5 днів, а найшвидші можуть досягти нас навіть за день, але це трапляється надзвичайно рідко. Наука не вміє прогнозувати КВМ, але може частково передбачити їхню поведінку завдяки комп'ютерним моделям.
• Коли супутники сфотографували спалах і побачили на знімку ознаки КВМ, вчені починають аналізувати потік. Потрібно ще трохи часу, щоб зрозуміти масштаби, напрямок, швидкість, енергетичність та інші параметри викиду, оскільки як спалахи, так і викиди, можуть тривати годинами. Іноді ситуація потребує, щоб хвиля плазми досягла певної точки в космосі, щоб ми могли з'ясувати щось детальніше.
• Коли дані зібрано, стає можливим моделювання руху. Вчені дивляться, куди летить КВМ, якою мірою він зачепить Землю, скільки матерії сконтактує з магнітним полем тощо. На цьому етапі стає зрозуміло, наскільки сильною може бути магнітна буря. Але й навіть так іноді трапляються сюрпризи, коли потужність збурень перевищує прогнозовані.
• Нарешті, через кілька днів сонячна матерія досягає планети і починає взаємодіяти з магнітним полем. Воно є своєрідним захисним щитом, який відбиває більшу кількість потоку, але частина його рухається магнітними лініями, які починаються й закінчуються на полюсах. Таким чином невеликий обсяг протонів досягає атмосфери планети, де взаємодіє з газами, утворюючи полярні сяйва. Але ще раніше цей потік контактує з супутниками, утворюючи на їхній поверхні додатковий електричний заряд, який може призводити до збоїв і поломок. Схожий ефект виникає й на поверхні планети з електромережами.

Магнітне поле Землі / Фото Cosmoknowledge

Упродовж останніх років на допомогу приходять штучний інтелект і машинне навчання. Потужні алгоритми, як-от модель Surya від IBM і NASA, вчаться передбачати сонячні спалахи й класифікувати їх тип завдяки аналізу величезних масивів архівних спостережень Сонця. Вже на першому етапі така система може дати майже дві години додаткового часу для попередження перед бурею – це суттєво більше, ніж дозволяють традиційні підходи.​

Втім, всі прогнози залишаються лише ймовірними. Наразі астрономи не можуть скласти точний календар магнітних бур навіть на тиждень уперед, а будь-які довгострокові (на місяць чи більше) прогнози є не більш ніж оцінками та обережними припущеннями, оскільки Сонце інколи поводиться абсолютно несподівано.

Наша зоря, як мінімум, обертається, і ми не знаємо, чи є на зворотному боці, який зараз для нас невидимий, якісь плями. Пляма може з'явитися в будь-який момент і буде дуже неспокійною, як це сталося на початку листопада 2025 року, коли лише одна група плям AR4274 спричинила безперервні магнітні бурі, які тривали майже два тижні.

Таким чином найбільш точні прогнози формують лише на найближчі кілька діб, і лише за фактичними спостереженнями. Простіше кажучи, ми можемо щось прогнозувати лише тоді, який КВМ уже стався і ми його зафіксували, але не раніше. Науковці прогнозують саме реакції магнітосфери на вже відомі події на Сонці, використовуючи сучасні супутники, математичне моделювання, спостереження й інструменти штучного інтелекту. Поки що людство лише вчиться "читати" поведінку своєї зорі.