Как прогнозируют магнитные бури и какие у этого ограничения?
Магнитные бури возникают вследствие активности Солнца – во время мощных вспышек и корональных выбросов массы в космосе формируются потоки заряженных частиц, которые, достигнув Земли, взаимодействуют с магнитосферой и вызывают геомагнитные бури. Ученые уже более века пытаются предсказывать эти события, но прогноз до сих пор остается непростой задачей, пишет 24 Канал.
Смотрите также Мы давно знали, что на Солнце идет дождь, но только сейчас ученые узнали, как это работает
Основа для прогнозирования – это постоянный мониторинг Солнца, который ведут с помощью сети спутников, в частности DSCOVR, SOHO, SDO и других космических обсерваторий. Они передают данные о состоянии солнечной активности, включая характеристики солнечного ветра, интенсивность вспышек и направление корональных выбросов массы.
Сейчас самым эффективным является краткосрочный прогноз, преимущественно на 1 – 3 суток вперед. Ведь заряженным частицам Солнца нужно именно столько времени, чтобы преодолеть расстояние до Земли. Сами вспышки на Солнце, которые запускают цепь событий, пока не поддаются предсказанию. Современная наука может предполагать их появление на основе наблюдений за солнечными пятнами и их магнетизмом. Определенные характеристики магнитных полей в пятнах могут указывать на вспышку, но не гарантированно.
Итак, вот подробная последовательность событий:
- Сначала ученые фиксируют на Солнце все имеющиеся пятна. Это такие области на поверхности звезды, где магнитные поля имеют другие характеристики и немного меньшую температуру, из-за чего они кажутся темнее относительно соседних областей. Наука не умеет прогнозировать появление пятен и их поведение, но может предположить какие-то события, если измерения заметят изменения в магнитном поле.
- То или иное пятно может выбросить вспышку, которая сама по себе не является причиной магнитной бури. Вспышка – это энергетическое событие, которое может вызвать радиационную бурю в атмосфере и сбои связи на Земле, если излучение направлено на Землю. Волна движется со скоростью света и достигает планеты за 8 минут, поскольку состоит из энергии, а не из материи. Наука не умеет прогнозировать появление вспышек и их поведение.
- Вспышка иногда, но не всегда, может закончиться корональным выбросом массы (КВМ). Это буквально выброс материи, которая состоит из плазмы (электронов и ионов). Такие потоки движутся с разной скоростью, но в среднем они достигают Земли за три дня. Медленные движутся до 5 дней, а самые быстрые могут достичь нас даже за день, но это случается чрезвычайно редко. Наука не умеет прогнозировать КВМ, но может частично предсказать их поведение благодаря компьютерным моделям.
- Когда спутники сфотографировали вспышку и увидели на снимке признаки КВМ, ученые начинают анализировать поток. Нужно еще немного времени, чтобы понять масштабы, направление, скорость, энергетичность и другие параметры выброса, поскольку как вспышки, так и выбросы, могут длиться часами. Иногда ситуация требует, чтобы волна плазмы достигла определенной точки в космосе, чтобы мы могли выяснить что-то подробнее.
- Когда данные собраны, становится возможным моделирование движения. Ученые смотрят, куда летит КВМ, в какой степени он заденет Землю, сколько материи сконтактирует с магнитным полем и тому подобное. На этом этапе становится понятно, насколько сильной может быть магнитная буря. Но и даже так иногда случаются сюрпризы, когда мощность возмущений превышает прогнозируемые.
- Наконец, через несколько дней солнечная материя достигает планеты и начинает взаимодействовать с магнитным полем. Оно является своеобразным защитным щитом, который отражает большее количество потока, но часть его движется по магнитным линиям, которые начинаются и заканчиваются на полюсах. Таким образом небольшой объем протонов достигает атмосферы планеты, где взаимодействует с газами, образуя полярные сияния. Но еще раньше этот поток контактирует со спутниками, образуя на их поверхности дополнительный электрический заряд, который может приводить к сбоям и поломкам. Похожий эффект возникает и на поверхности планеты с электросетями.
Магнитное поле Земли / Фото Cosmoknowledge
В последние годы на помощь приходят искусственный интеллект и машинное обучение. Мощные алгоритмы, например модель Surya от IBM и NASA, учатся предсказывать солнечные вспышки и классифицировать их тип благодаря анализу огромных массивов архивных наблюдений Солнца. Уже на первом этапе такая система может дать почти два часа дополнительного времени для предупреждения перед бурей – это существенно больше, чем позволяют традиционные подходы.
Впрочем, все прогнозы остаются лишь вероятными. Сейчас астрономы не могут составить точный календарь магнитных бурь даже на неделю вперед, а любые долгосрочные (на месяц или больше) прогнозы являются не более чем оценками и осторожными предположениями, поскольку Солнце иногда ведет себя совершенно неожиданно.
Наша звезда, как минимум, вращается, и мы не знаем, есть ли на обратной стороне, который сейчас для нас невидим, какие-то пятна. Пятно может появиться в любой момент и будет очень неспокойным, как это произошло в начале ноября 2025 года, когда лишь одна группа пятен AR4274 вызвала непрерывные магнитные бури, которые длились почти две недели.
Таким образом наиболее точные прогнозы формируют только на ближайшие несколько суток, и только по фактическим наблюдениям. Проще говоря, мы можем что-то прогнозировать только тогда, который КВМ уже произошел и мы его зафиксировали, но не раньше. Ученые прогнозируют именно реакции магнитосферы на уже известные события на Солнце, используя современные спутники, математическое моделирование, наблюдения и инструменты искусственного интеллекта. Пока человечество только учится "читать" поведение своей звезды.