Яка роль сонячних плям у виникненні магнітної бурі на Землі

Попри свої розміри порівняно з габаритами зорі, ці утворення є джерелом енергії, що спричиняє потужні космічні явища. Їхня магнітна природа робить їх відповідальними за виникнення найбільш вражаючих космічних подій у Сонячній системі, пише 24 Канал.

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

Як виникають сонячні плями?

Сонячні плями – це області виходу на фотосферу (видиму поверхню Сонця) надзвичайно потужних магнітних полів. На відміну від інших ділянок сонячної поверхні з температурою близько п'яти з половиною тисяч градусів Цельсія, сонячні плями мають температуру близько трьох тисяч семисот градусів. Такий температурний контраст робить їх вельми темними у порівнянні з яскравим оточенням.

Механізм утворення сонячних плям пов'язаний з внутрішньою динамікою Сонця:

• Магнітні лінії поля виходять з глибоких внутрішніх шарів зірки (на глибину до семисот кілометрів) і пронизують фотосферу, прориваючись назовні.
• Там, де ці магнітні лінії проривають поверхню, вони перешкоджають конвекційному потоку гарячої плазми з внутрішніх шарів.
• Внаслідок такого затримання гарячої матерії ці регіони охолоджуються, утворюючи видиму темну пляму.

Сонячні плями виникають здебільшого попарно, з протилежною магнітною полярністю – як два полюси магніту. Вони складаються з двох основних зон: центрального, найтемнішого ядра, що називається тінню, та оточуючої його світлішої області, названої напівтінню. Напівтінь демонструє характерну ниткоподібну структуру, утворену магнітними силовими лініями, спрямованими паралельно поверхні Сонця.

Так виглядає карта сонячних плям. Вони позначені цифрами, а також блакитним і жовтим кольорами / Фото SDO/NASA/solen.info

Розміри сонячних плям варіюються від кількох сотень до десятків тисяч кілометрів. Найбільші плями перевищують діаметр Землі в кілька разів. Тривалість існування цих утворень також різноманітна – від кількох годин до кількох місяців.

Кількість сонячних плям на поверхні Сонця не залишається постійною. Вона коливається у циклічному режимі, відомому як сонячний цикл, який займає приблизно одинадцять років.

• На початку циклу (період сонячного мінімуму) плям практично немає.
• Потім їхня кількість поступово зростає, досягаючи найбільшого показника в період сонячного максимуму, коли зоря найактивніша.
• Після цього вони знову зменшуються до наступного мінімуму. 

Цей цикл безпосередньо пов'язаний зі змінами глобального магнітного поля Сонця.

Як сонячні плями спричиняють магнітні бурі?

Зв'язок між сонячними плямами та магнітними бурями на Землі не є прямим, адже вони не спричиняють збурення безпосередньо. Сонячні плями є регіонами накопичення величезної енергії, залишеної в магнітних полях. Це накопичення часто перебуває в нестійкому стані. Коли енергія, утримувана в магнітних полях сонячної плями, раптово вивільняється, відбувається грандіозний вибух, що називають сонячним спалахом.

Це поки що найдетальніша фотографія сонячного спалаху в історії / Фото NSF/NSO/AURA

Спалах – це вибух електромагнітного випромінювання, який генерує величезну кількість енергії та прискорює частинки до надзвичайних швидкостей. Подібні вибухи часто супроводжуються другим явищем – корональним викидом маси (КВМ). Це гігантська хмара сонячної плазми, насичена магнітними полями, яка видувається з атмосфери Сонця в космічний простір. Саме КВМ відповідальні за магнітні бурі на нашій планеті.

Таким чином можна сказати, що зв'язок сонячних плям і геомагнітних збурень полягає в тому, що плями є причиною спалахів, які своєю чергою стають причиною корональних викидів, а вже вони наприкінці цього ланцюжка призводять до магнітної бурі.

Що ми знаємо спалахи та про корональні викиди маси?

Спалахи класифікуються за потужністю: від невеликих класу A, B та C до потужних спалахів класу M та найбільш деструктивних спалахів класу X. Найбільшим потенціалом для спричинення магнітних бур володіють два останні класи, адже вони набагато частіше продукують КВМ.

Не кожна подія на Сонці досягає Землі. Геометрія вибуху має критичне значення. Якщо спалах або корональний викид маси спрямовані в протилежну від нашої планети сторону, то негативний вплив буде мінімальним або його взагалі не буде. Проте коли ці явища орієнтовані в напрямку Землі, вони надсилають хмари заряджених частинок прямо до нас.

Корональні викиди маси зазвичай досягають магнітосфери Землі за кілька днів – зазвичай від одного до п'яти, але в середньому за три. Це залежить від їхньої швидкості. На відміну від цього, електромагнітне випромінювання сонячного спалаху долітає практично миттєво, за кілька хвилин.

Як виникають магнітні бурі?

Коли потік плазми коронального викиду досягає магнітосфери Землі – нашого планетарного магнітного щита – відбувається їхня взаємодія. Уявити цей процес можна як хмару з водяної пари, що мчить з великою швидкістю й врізається в м'який щит, наприклад, з тканини. Це призводить до деформації магнітного поля: спереду планети (на боці, звернутому до Сонця) воно стискається, а позаду розтягується. Такі порушення магнітного поля планети і є магнітною бурею.

Як працюють магнітні бурі: дивіться відео

Силові лінії магнітного поля Землі мають направленість від одного полюса до іншого. Під час магнітної бурі потік заряджених частинок переміщується вздовж цих силових ліній. Коли ці частинки опускаються в полярні регіони (у змішаних широтах), вони починають взаємодіяти з газами земної атмосфери. Цій взаємодії ми завдячуємо появою полярних сяйв – дивовижних світлових явищ, що спостерігаються у вищих широтах. Крім того, під час найсильніших магнітних бур полярні сяйва можуть бути видимими навіть у середніх широтах, включаючи Україну.

Полярні сяйва у Міннесоті, США, 12 листопада 2025 року / Колаж 24 Каналу / Фото Thomas Valine у Threads

Магнітні бурі класифікуються за інтенсивністю за допомогою Kp-індексу, який коливається від 0 до 9. Значення від 0 до 3 вказує на спокійну активність, значення 5 відповідає слабкій бурі, значення 6 – 7 означає помірну до сильної бурі, а значення 8 – 9 позначає дуже сильну або екстремальну бурю.

Наслідки бурі 

Слід зазначити, що геомагнітні бурі можуть мати помітні наслідки для технологічної інфраструктури Землі:

• Потужні електричні струми, що виникають у результаті взаємодії магнітного поля з зарядженими частинками, можуть накопичуватися в електромережах і трансформаторах, перевантажуючи їх і виводячи з ладу.
• Супутники на низькій навколоземній орбіті також можуть зазнавати несприятливих впливів.
• Окремі радіосистеми та GPS-навігація теж можуть бути порушені.
• Найбільш потужні магнітні бурі, подібні до легендарної події Керрингтона 1859 року, можуть мати катастрофічні наслідки для сучасної технологічної цивілізації.

Сонячний цикл

Прослідкувати за всім цим дозволяє дослідження сонячної активності. Період сонячного максимуму характеризується не лише збільшенням кількості сонячних плям, а й підвищеною частотою спалахів і корональних викидів маси. Протягом максимальної фази циклу магнітні бурі стають набагато частішими. На противагу цьому, під час сонячного мінімуму такі явища трапляються рідше, а їх інтенсивність зазвичай менша.

Нинішній 25-й цикл сонячної активності наблизився до свого максимуму в 2024 – 2025 роках, що пояснює збільшення частоти космічних погодних явищ у цьому періоді та протягом кількох років довкола нього.