Экстремальная солнечная буря вызвала полярные сияния и «сюрприз»

В минувшие выходные на Земле прозвенел звонок, нанесенный самим Солнцем в результате крупнейшей геомагнитной бури за более чем два десятилетия. Шторм, вызванный столкновением магнитных полей сгустков плазмы Солнца с магнитным полем Земли, не только вызвал полярные сияния, встречающиеся раз в поколение на таких низких широтах, как Флорида-Кис, но и захватил дух ученых своим власть.

«Что застало нас врасплох, так это интенсивность штормов», — говорит Мэтью Оуэнс, физик и синоптик космической погоды из Университета Рединга. «Мы знали, что что-то будет. Мы не совсем знали, что именно».

Что произошло в эти выходные?

Фейерверк в эти выходные начался с активной области 3664, гигантского скопления солнечных пятен, более чем в 15 раз шире Земли, где магнитное поле Солнца сильно сконцентрировано. Линии магнитного поля скрутились и в конечном итоге лопнули, в результате чего скопление выбросило в сторону Земли серию огромных сгустков плазмы весом в миллиард тонн, каждый из которых был окружен сильными магнитными полями.

Обнаружение по меньшей мере пяти таких выбросов, известных как корональные выбросы массы (КВМ), побудило американских синоптиков выпустить «суровые» часы G4 — впервые с 2005 года — 9 мая, за день до того, как капли упали на Землю. Ни один из отдельных КВМ сам по себе не был особенно впечатляющим, но все они были направлены на Землю. Более того, по мере продвижения к Земле они слились в единую сложную массу. «Мы проводим все это время в поисках Большого, а иногда Большой — это семь малышей в плаще», — сказал Оуэнс.

Получайте отличный карьерный контент раз в две недели!

Когда в пятницу эти КВМ врезались в магнитное поле Земли, они лишили магнитные слои на дневной стороне планеты, как луковицу, и заставили ее ночную сторону накопиться до предела. Когда силовые линии вернулись в более стабильную конфигурацию, огромное количество энергии хлынуло в магнитосферу Земли в результате возмущения, известного как геомагнитная буря.

Насколько редки геомагнитные бури?

По данным Центра прогнозирования космической погоды (SWPC) Национального управления океанических и атмосферных исследований, геомагнитные бури, которые приближаются к силе этих выходных – экстремальной степени «G5», – происходят примерно четыре раза за 11-летний солнечный цикл. Последняя G5, напоминающая событие этих выходных, так называемые «Хэллоуинские бури» 2003 года, вызвала отключения электроэнергии в Швеции и взорвала трансформаторы в Южной Африке. Еще один шторм G5 в 1989 году обесточил 6 миллионов человек в Квебеке в Канаде.

11-летний циклический подъем и спад магнитной активности Солнца также влияет на вероятность крупного события. В исследовании 2021 года исследователи, в том числе Оуэнс, показали, что геомагнитные бури, как правило, возникают чаще в периоды более высокой активности, сосредоточенные вокруг пиков, известных как солнечные максимумы. Основываясь на количестве солнечных пятен, которые увеличиваются в периоды высокой активности, SWPC прогнозирует, что сейчас мы приближаемся к солнечному максимуму, а пик ожидается где-то следующим летом.

Как образовалось полярное сияние?

После того, как КВМ возбуждают магнитное поле Земли, электроны ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля Земли и направляются к полюсам планеты. Эти электроны возбуждают находящиеся там атомы и молекулы и заставляют их излучать свет, создавая свечение, которое мы называем полярным сиянием. Зеленое и красное свечение полярного сияния вызвано возбужденными состояниями атомарного кислорода. Фиолетовое свечение возникает из-за возбужденных молекул азота.

Насколько разрушительным был этот шторм?

Мощные солнечные бури могут вызывать колебания магнитных полей Земли, что может вызвать неожиданные электрические токи в магистральных линиях электропередачи и даже нефтепроводах. По сообщению SWPC, в результате урагана, произошедшего в эти выходные, были зарегистрированы некоторые нарушения в энергосистеме.

Штормы также могут нарушить сигналы GPS, вынудив эти спутники передавать данные через более богатую электронами ионосферу, слой верхних слоев атмосферы. Сообщается, что во время урагана в эти выходные некоторые американские фермеры приостановили посев из-за внезапной неточности работы своих тракторов с GPS.

И точно так же, как ток, проходящий по проводу, нагревает его, ионосферные токи нагреваются и расширяют верхние слои атмосферы, увеличивая плотность атмосферы на больших высотах. Это заставляет спутники чувствовать большее сопротивление и двигаться по спирали внутрь, на более низкие орбиты.

Хотя шторм, произошедший в эти выходные, похоже, не уничтожил ни одного спутника, он может сократить продолжительность жизни некоторых из них. По словам Джонатана Макдауэлла, астронома Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, космический телескоп Хаббл, который вращается на высоте примерно 510 километров над поверхностью Земли, с 11 по 13 мая опускался примерно на 85 метров в день. Это примерно вдвое превышает среднюю дневную норму за предыдущие 3 месяца.

Как синоптики предсказывают геомагнитные бури и что будет дальше?

CME трудно предсказать. Таким образом, прогнозы геомагнитных бурь ограничиваются задержкой в 2 или 3 дня, как только наблюдаются КВМ, покидающие Солнце и направляющиеся в нашу сторону. Более того, синоптики не могут подтвердить точное время прибытия КВМ, пока они не пройдут мимо спутников, работающих между Землей и Солнцем.

AR3664 вполне может бросить на нас больше. Скопления солнечных пятен могут существовать месяцами, а это только что исчезло из поля зрения; примерно через 2 недели он снова окажется в поле зрения Земли, поскольку Солнце совершает свое 27-дневное вращение.

Между тем, AR3664 по-прежнему представляет еще одну опасность — частицы высокой энергии. Если бы солнечное пятно выбросило какие-либо частицы в ближайшие дни, они, скорее всего, последовали бы за спиральными линиями магнитного поля Солнца прямо к Земле, потенциально создавая радиационный риск для астронавтов на борту Международной космической станции, говорит Оуэнс. «Риск радиации частиц возрастает, в то время как опасность геомагнитной бури снижается».