Солнечные языки: что такое выбросы корональной массы Солнца, как они образуются и почему опасны

По сравнению с солнечными вспышками – всплески электромагнитного излучения, которые распространяются со скоростью света и достигают Земли чуть более 8 минут – КВМ путешествуют в более спокойном темпе. Высочайшая зафиксированная скорость выброса плазмы составляла 3000 км в секунду.

Не упустите Могли бы люди дышать воздухом на Марсе и что произойдет с астронавтом, который снимет скафандр

КВМ могут достичь Земли примерно за 15-18 часов, тогда как более медленным выбросам, двигающимся примерно 250 км/с, может потребоваться несколько дней, чтобы добраться до нашей планеты.

Интересный факт! За погодой на Солнце следит Центр прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA).

Это относительно медленное время путешествия полезно, поскольку он дает исследователям больше возможностей для подготовки к такому прибытию.

КВМ могут нанести вред электросетям, телекоммуникационным сетям и орбитальным спутникам. Кроме того, они подвергают астронавтов опасным радиационным дозам. В то же время КВМ является желаемым гостем для наблюдателей за небом во всем мире, поскольку они могут вызвать поразительные полярные сияния, которые видны на широтах за пределами их "нормального" полярного диапазона.

Как образуются корональные выбросы массы

Корональные выбросы массы образуются подобно солнечным вспышкам – это результат скручивания и перегруппировки магнитного поля Солнца, известного как магнитное пересоединение. Когда линии магнитного поля "спутываются", они создают сильные локализованные магнитные поля, которые могут пробиваться через поверхность Солнца в активных областях, впоследствии создавая КВМ.

КВМ обычно образуются вокруг групп солнечных пятен и часто сопровождаются солнечной вспышкой, хотя они не всегда происходят вместе. На самом деле ученые до сих пор не совсем уверены, как эти события связаны, и, по данным Центра научного образования Университетской корпорации атмосферных исследований (UCAR), КВМ, как и солнечные вспышки, чаще всего встречаются во время солнечного максимума. Это период в 11-летнем цикле активности Солнца, когда звезда наиболее активна (длится именно сейчас). После высвобождения КВМ они растут в размерах, когда удаляются от солнца.

Интересный факт! Более крупные КВМ могут достигнуть размера, составляющего почти четверть пространства между Землей и Солнцем до того момента, когда он достигнет нашей планеты.

Если КВМ достаточно велик и двигается быстрее солнечного ветра, он генерирует ударную волну, с помощью которой ускоренные заряженные частицы двигаются впереди КВМ, еще больше нарушая космические погодные условия и усиливая геомагнитные бури.

Как корональные выбросы массы влияют на Землю

Наиболее узнаваемым и очевидным влиянием КВМ на нашу планету являются полярные сияния. Они образуются, когда возмущение магнитного поля Земли направляет ионы вниз к полюсам планеты, где они сталкиваются с атомами кислорода и азота в атмосфере. Так и появляется ослепительное световое шоу полярного сияния вокруг полярных регионов. В Северном полушарии это явление называют северным сиянием (aurora borealis), а в Южном полушарии – (неожиданно) южным сиянием (aurora australis).

Обычно эти световые шоу ограничиваются полярными регионами, но при больших магнитных возмущениях – именно после КВМ – полярные сияния можно увидеть на гораздо более низких широтах, чем они обычно наблюдаются.

Интересный факт! В 1859 году событие Кэррингтона – колоссальный солнечный шторм, спровоцированный КВМ – привело к появлению полярных сияний, которые наблюдались вблизи тропических широт над Кубой, Багамскими островами, Ямайкой, Сальвадором и Гавайями.

Однако КВМ не всегда вызывают необычайные проявления полярных сияний. Степень магнитных возмущений КВМ зависит от магнитного поля выброса и Земли. Если магнитное поле КВМ выровнено с магнитным полем Земли, направленное с юга на север – выброс пройдет мимо незаметно. Но если КВМ выровнен в противоположном направлении, это может повлечь за собой реорганизацию магнитного поля Земли, вызывая впечатляющие полярные световые шоу.

Воздействие на технику

Большие КВМ могут повлечь за собой технологические сбои, которые создают особые проблемы для людей в нашем современном мире.

Событие Кэррингтона, о котором мы упоминали выше, повлекло за собой сбои в мировой телеграфной системе. Тогда приходили сообщения о том, что операторы получали удары электрическим током, а из телеграфных аппаратов летели искры, поджигая бумаги. В 1989 году КВМ сопровождала солнечную вспышку, которая поразила Землю, погрузив всю провинцию Квебек в Канаде в блекаут – обесточивание длилось 12 часов.

Интересный факт! Это событие стоило коммунальной компании Квебека Hydro-Quebec не менее 10 миллионов долларов убытков.

Но как именно КВМ вызывают все эти сбои?

КВМ могут вызывать скачки электрического тока, которые перегружают электросети, вызывая массовые отключения электроэнергии. Также КВМ могут "толкать" магнитное поле Земли, что может ухудшить радиопередачу и увеличить радиостатику в ионосфере планеты.

Системы GPS особенно уязвимы для возмущений в ионосфере, и известно, что координаты GPS отклоняются на десятки метров во время КВМ. Сбой возникает из-за того, что GPS использует радиосигналы для передачи информации между спутником и наземным приемником. По данным Центра прогнозирования космической погоды NOAA, радиосигнал проходит через слой ионосферы, содержащий заряженную плазму, искажающую путь сигнала GPS подобно сгибанию света линзы.

Обычно системы GPS могут компенсировать искажение радиосигнала, не влияя на точность. Однако в КВМ ионосфера может быть настолько серьезно сдвинута, что модели GPS не могут отслеживать такие изменения, а приемники больше не могут вычислить точное положение.

По теме Насколько холодно в космосе: какие процессы влияют на температуру Вселенной

Как корональные выбросы массы влияют на спутники, МКС и зонды.

Спутники, вращающиеся вокруг Земли, уязвимы к КВМ, особенно находящиеся на высоких геосинхронных орбитах – именно там расположено большинство спутников связи. Когда КВМ вызывает геомагнитную бурю, спутники могут быть поражены сильным током или повреждены, когда высокоэнергетические частицы проникают сквозь них.

Однако есть способ оградить спутники от воздействия КВМ. Их переводят в "безопасный режим", таким образом предотвращая повреждение электроники.

Интересный факт! Прямой удар колоссальной геомагнитной бури, подобной наблюдавшейся в 1859 году, может серьезно убить наш парк спутников.

Худшая солнечная буря может иметь экономические последствия, подобные урагану категории 5 или цунами. Существует более 900 работающих спутников с ориентировочной восстановительной стоимостью от 170 до 230 миллиардов долларов, поддерживающих отрасль с прибылью в 90 миллиардов долларов в год. Один из сценариев показал, что "супершторм" обойдется в 70 миллиардов долларов из-за комбинации утраченных спутников.

SpaceX уже воочию ощутила ущерб, который может нанести космическая погода, когда в феврале 2022 года геомагнитная буря уничтожила до 40 спутников Starlink стоимостью более 50 миллионов долларов.

Могут ли КВМ повредить астронавтам?

На низкой околоземной орбите астронавты получают более высокие дозы радиации, чем мы на Земле, но они все еще защищены магнитосферой.

Реальная опасность для астронавтов возникает, если они выйдут за пределы магнитосферы, например, чтобы изучить поверхность Луны или Марса. Во время такой экспедиции – за пределами "защитных щитов" Земли – они уязвимы к опасным явлениям космической погоды, таким как КВМ.

По данным NASA, если бы ударная волна, вызванная КВМ, поразила неподготовленного астронавта, исследующего лунную или марсианскую поверхность, он получил бы такое же количество радиации, как 300 000 одновременных рентгеновских снимков грудной клетки. Это имело бы летальные последствия, поскольку потребовалось бы только 45 000 рентгенов одновременной грудной клетки, чтобы убить вас.

Изучение Солнца важно для человечества

Солнечная погода может иметь очень дорогостоящие последствия, поэтому важно улучшить наше понимание, мониторинг и прогнозирование таких событий. К счастью для нас, КВМ занимают несколько часов, иногда даже дней, чтобы достичь Земли. Это дает нам немного времени, чтобы подготовиться к их прибытию.

Различные организации пристально следят за Солнцем и сообщают о любых изменениях характеристик поверхности, которые могут свидетельствовать о выбросе массы, например, увеличении солнечной активности и выбросах солнечных вспышек. По данным SpaceWeatherLive.com, если будет обнаружена сильная солнечная вспышка класса M или X, вероятно, она будет сопровождаться КВМ, но не всегда.

Синоптики SWPC используют разные параметры – размер, скорость и направление – полученные с помощью коронографических изображений орбитальных спутников, чтобы определить вероятность попадания КВМ на Землю.

По данным NOAA, синоптики в основном используют коронограф NASA и ESA Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) – Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) для анализа КВМ и определения вероятности столкновения с Землей.

На переднем крае обнаружения КВМ находится спутник Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), расположенный в первой точке Лагранжа L1 между Землей и Солнцем на расстоянии около 1,6 миллиона километров от Земли.

DSCOVR отслеживает любые изменения в напряженности межпланетного магнитного поля (ММП) и скорости солнечного ветра, жизненно важных для точности и оперативности предупреждений и прогнозов космической погоды NOAA.

Со своего места парковки в L1 спутник DSCOVR может обеспечивать от 15 до 60 минут предварительного предупреждения, прежде чем КВМ достигнет Земли. В случае обнаружения выброса, направленного на Землю, SWPC предупреждает уязвимые группы, такие как энергетические компании, спутниковые компании и авиакомпании, чтобы они приняли соответствующие меры.

С помощью расширенного предупреждения коммунальные компании могут перенаправлять погрузку электроэнергии, чтобы защитить сети от перегрузки, когда КВМ попадает, спутники можно перевести в "безопасный режим", а самолеты можно перенаправить.

Читайте на сайте В NASA наконец-то объяснили происхождение марсианского объекта, прозванного "космическим спагетти"

Согласно ESA, миссия ESA Vigil надеется добавить еще одного солнечного защитника в помощь Земле к середине 2020-х годов. Vigil будет наблюдать за солнцем с Lagrange 5, примерно в 150 миллионах километров от Земли. Космический корабль будет расположен так, чтобы он мог следить за "стороной" Солнца. Он будет наблюдать за звездой и следить за изменениями ее характеристик, чтобы заранее предупредить нас о вероятно опасной солнечной активности.