Рекордное солнечное пятно 1947 года могло вызвать мощнейшую из известных вспышку

Фото из открытых источников

Исследователи, изучающие магнитное поведение Солнца, подсчитали, что этот гигант 1947 года теоретически мог испустить вспышку с энергией, достигающей нескольких раз по 10¹⁴ эргов — единицу измерения энергии вспышки. Самые мощные вспышки, непосредственно наблюдавшиеся с 1975 года, достигали энергии примерно в 4 раза по 10¹² эргов или более. Этот разрыв означает, что теоретический потолок солнечной активности 1947 года мог быть в десятки раз, возможно, более чем в сто раз, мощнее, чем любые вспышки, которые люди наблюдали на Солнце.

Чтобы было ясно, никто не утверждает, что эта чудовищная вспышка действительно имела место. Вспышек такого масштаба не было зафиксировано в 1947 году, и авторы исследования, опубликованного в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A, подчеркивают, что они не переписывают историю. Вместо этого они проверяют внешние пределы Солнца, задаваясь вопросом, насколько мощную вспышку могла бы произвести эта обширная, запутанная группа солнечных пятен, если бы условия сложились идеально. Ответ важен, потому что он помогает ученым судить, может ли Солнце когда-либо произвести такую экстремальную вспышку, которая вызывает суровую космическую погоду, событие, способное нарушить работу электросетей и спутников в масштабах, невиданных ранее в мире.

Вспышки происходят, когда запутанные магнитные поля, парящие над солнечными пятнами, внезапно разрываются, высвобождая потоки энергии. Более крупные и запутанные скопления солнечных пятен, как правило, накапливают больше магнитной энергии, а больше накопленной энергии означает большую вероятность крупной вспышки. Но никто никогда не измерял напрямую вспышку от самых больших солнечных пятен в истории, потому что инструментов, способных зафиксировать такие детали, еще не существовало в 1947 году, не говоря уже о 1859 году.

Таким образом, исследовательская группа под руководством ученых из Института исследований Солнечной системы им. Макса Планка вместе с коллегами из Университета Колорадо в Боулдере и Национальной солнечной обсерватории построила мост между прошлым и настоящим. Они использовали каталог из более чем 300 крупных вспышек, зафиксированных в период с 2010 по 2016 год космическим аппаратом NASA Solar Dynamics Observatory, который круглосуточно наблюдает за Солнцем. Это были крупные вспышки классов M и X — самые сильные категории, которые отслеживают астрономы. В этом каталоге отслеживались «ленты вспышек» — яркие полосы, которые появляются в нижних слоях атмосферы Солнца во время вспышки, отмечая места, где оборванные линии магнитного поля коснулись поверхности. Большие ленты, как правило, означают, что было высвобождено больше энергии.

Используя эти современные данные, команда вывела зависимость между размером скопления солнечных пятен и размером вспышечных лент, которые оно могло производить во время самых экстремальных вспышек, сосредоточившись на крайнем верхнем пределе этой зависимости — редких случаях, когда данное скопление солнечных пятен генерировало необычно большие вспышечные ленты. Затем они применили эту зависимость к самым большим группам солнечных пятен в исторической летописи, включая солнечное пятно Каррингтона 1859 года , гигантское пятно 1947 года и несколько мощных современных штормов 1989, 2000, 2003, 2014 и 2024 годов, чтобы увидеть, что эти пятна теоретически могли бы высвободить при наихудших условиях.

Прежде чем использовать этот подход для изучения событий XIX века, исследователи проверили его на примере современной бури, данные о которой уже были получены непосредственно: массивного скопления солнечных пятен, образовавшегося в октябре 2014 года и известного как AR 12192, которое вызвало серию интенсивных вспышек. Предсказанные размеры полос и энергия вспышек хорошо совпали с данными, полученными со спутников в этом регионе, что позволило команде убедиться в том, что метод выдерживает проверку реальными измерениями, прежде чем применять его к солнечным пятнам, которые ранее не были зафиксированы ни одним прибором.

Они также проверили его на примере шторма в День взятия Бастилии в июле 2000 года и так называемых Хэллоуинских штормов в октябре и ноябре 2003 года — двух наиболее разрушительных событий космической погоды в современную эпоху спутниковых наблюдений. В обоих случаях прогнозируемые диапазоны энергии достаточно хорошо совпадали с независимыми измерениями, полученными с помощью других приборов, отслеживающих яркость Солнца во время вспышек. Такая согласованность результатов в ходе нескольких реальных штормов позволяет предположить, что метод можно с достаточной степенью уверенности применить и к более ранним периодам.

Применение этого метода к шторму Кэррингтона 1859 года, долгое время считавшемуся эталоном экстремальной солнечной активности, поскольку он вызвал полярные сияния на юге вплоть до Карибского бассейна и поджег телеграфное оборудование, позволило получить оценку энергии, близкую к независимым реконструкциям этого знаменитого события, проведенным другими учеными. Это совпадение имеет значение. Это означает, что новый метод не выдает случайные числа; он попадает в тот же диапазон, что и результаты десятилетий предыдущих исследований самого известного солнечного шторма.

Но группа солнечных пятен 1947 года по своим размерам затмила даже группу Кэррингтона. Применение тех же математических расчетов показало, что энергия приближается к уровню « сверхвспышек » — активности, которая, согласно спутниковым наблюдениям других звезд, наблюдается на солнцеподобных звездах примерно раз в столетие.

Один нюанс усложняет картину. AR 12192, гигантское скопление солнечных пятен 2014 года, использованное для проверки метода, произвело серию мощных вспышек, но ни одна из них не вырвалась в космос в виде полномасштабного взрыва, способного поразить Землю. Ученые, изучавшие это событие отдельно, отметили, что его вспышки оставались необычно сдержанными, вероятно, потому что сильные магнитные поля над ними препятствовали утечке энергии. Между тем, область солнечных пятен 1989 года, ставшая причиной знаменитого отключения электроэнергии в Квебеке, была даже больше, чем скопление 2014 года, но она произвела чрезвычайно разрушительный, взрывной взрыв, показывая, что огромные солнечные пятна не всегда остаются замкнутыми.

Этот контраст предполагает, что размер не является определяющим фактором. Магнитная структура солнечного пятна, а не только его площадь на поверхности Солнца, определяет, останется ли накопленная энергия на месте или устремится к Земле. Исследование также поднимает еще один важный вопрос: скопления солнечных пятен иногда образуют тесные группы или даже сливаются, это явление получило название «гнездование». В 2024 году произошло событие, получившее название «День матери», в результате которого несколько областей солнечных пятен слились друг с другом, и исследователи отмечают, что подобное скопление в принципе может повысить энергию вспышек даже выше, чем та, которую может произвести одно гигантское солнечное пятно.

Физика Солнца долгое время боролась со странным противоречием: телескопы, направленные на другие солнцеподобные звезды, постоянно фиксируют сверхмощные вспышки, намного превосходящие по силе любые прямые вспышки, которые мы наблюдали на Солнце, но никто не знает, может ли наша собственная звезда действительно вызвать подобный взрыв. Новый анализ не разрешает этот спор. Но он показывает, что самое большое известное солнечное пятно, остававшееся незамеченным в истории почти 80 лет, могло обладать гораздо большим разрушительным потенциалом, чем когда-либо раскрывалось. Использует ли Солнце когда-нибудь этот потенциал — это отдельный вопрос, и именно он заставляет ученых, изучающих космическую погоду, с должной осторожностью наблюдать за каждым новым солнечным пятном.