Мощные солнечные бури раз в тысячу лет

9 апреля 2016. Сильнейшие взрывы на поверхности прочих звезд в космосе обычно намного превосходят вспышки на нашем Солнце. Но теперь датские ученые выяснили, что Солнце тоже способно формировать так называемые супервспышки, и это происходит с промежутком примерно в тысячу лет.

Вспышки на поверхности Солнца — относительно частое явление. Чаще всего на Земле они ничем не дают о себе знать, кроме красивого северного сияния. Но более крупные вспышки могут привести к серьезным последствиям.

Солнечные бури — это мощные взрывы, которые из атмосферы Солнца выбрасывают в космос огромные объемы плазмы. Достигая атмосферы Земли, они могут повреждать спутники и вызывать сбои питания.

В действительности, эти выбросы — пустяк по сравнению с гигантскими взрывами, происходящими на поверхности других звезд. Так называемые супервспышки могут быть до 10 тысяч раз сильнее, чем самая мощная солнечная буря, которую когда-либо наблюдали с Земли.

Новое исследование под руководством датских ученых показывает, что наше Солнце, вероятно, тоже способно производить мощные супервспышки. Оказывается, такие вспышки происходят с периодичностью раз в тысячу лет и могут иметь разрушительные последствия, сообщает главный автор исследования.

«Мы знаем, что электрические частицы с Солнца уничтожают наш озоновый слой. Предположительно, сильнейшая известная нам солнечная буря сделала озоновый слой на пять процентов тоньше. Но на нынешнем уровне исследований никто не может точно сказать, что произойдет дальше», — говорит преподаватель Кристоффер Карофф (Christoffer Karoff) из Института физики и астрономии и Института наук о земле при Орхусском университете.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Солнце может создавать супервспышки

В 1859 году британский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал первую и наиболее сильную из всех известных солнечных бурь. Немалые участки телеграфной сети вышли тогда из строя. Путем бурения ледяного керна выяснили, что защищающий Землю озоновый слой повредился.

Событие, которое позже получило известность как геомагнитная буря Кэррингтона, представляет собой пугающий пример того, насколько суровой может быть солнечная буря.

В 2015 году датско-шведская группа ученых предположила, что буря Кэррингтона была далеко не худшим сценарием. Измеряя годичные кольца деревьев, ученые пришли к выводу, что более тысячи лет назад Земля подверглась воздействию двух магнитных бурь, мощность которых по меньшей мере в пять раз превышала какие-либо другие вспышки, измеренные специальными инструментами.

Новое исследование подтверждает этот вывод. Измерения магнитных полей звезд, которые производят супервспышки и по размеру уступают Солнцу, показали, что магнитное поле Солнца достаточно сильно, чтобы сформировать небольшую супервспышку, в 100 раз более мощную, чем буря Кэррингтона.

«Мы определенно не предполагали, что найдем звезды, производящие супервспышки и имеющие такое же слабое магнитное поле, как Солнце. Это показывает, что Солнце, вероятно, тоже может создавать супервспышки, и это очень пугающая мысль», — говорит Кристоффер Карофф.

Дания не застрахована от последствий гигантской солнечной вспышки

Исследование высоко оценил заслуженный ученый Датского метеорологического института магистр естественных наук Петер Стаунинг (Peter Stauning), хотя сам он в нем и не участвовал.

«Я думаю, это прекрасная и очень информативная статья, — заявил Петер Стаунинг, который занимается космической погодой. — Она касается поведения Солнца и его воздействия на Землю».

«Если на Солнце случится особенно мощный взрыв, направленный в сторону Земли, то совершенно точно возникнут неприятные эффекты. Худший сценарий подразумевает, что сотни трансформаторов электрического напряжения выйдут из строя. Если они получат повреждения, то последствия для жителей Земли могут быть действительно серьезными».

Петер Стаунинг подчеркивает, что многие страны не готовы к серьезным событиям, которые могут повлечь за собой аварии в сети высокого напряжения и даже заставить систему рухнуть или полностью выгореть.

Повреждения спутников и отключения электроэнергии

Как рассказывает Петер Стаунинг, очень сильная магнитная буря вызовет как немедленные эффекты, так и последствия, которые проявятся в отдаленном будущем. Он перечисляет их в хронологическом порядке.

— Блэкаут на линиях радиосвязи. Самый быстрый эффект мощной солнечной бури — возникновение массы электромагнитного излучения. Оно вторгнется в атмосферу и вызовет помехи на коротковолновых радиолиниях, которые проходят в верхних атмосферных слоях. Электромагнитное излучение Солнца достигает Земли за восемь минут.

— Поломка спутников. Следующим эффектом взрывов на Солнце станет излучение высокоэнергетических протонов, которое достигает Земли за четверть часа и при этом может продолжаться несколько дней и даже недель. Оно может испортить солнечные батареи и чувствительное электронное оборудование на спутниках. Некоторые спутники выйдут из строя, другие станут посылать на Землю искаженный сигнал. В этом блоге можно узнать подробности о том, что случится, если спутники перестанут работать.

— Отсутствие доступа к связи и GPS. Повреждение спутников вызовет сбои в каналах передачи данных на дальние расстояния. Другими словами, мы потеряем связь со всеми, кто не находится поблизости, то есть в радиусе пары сотен километров. То же самое касается системы GPS, что, помимо прочего, станет большой проблемой для авиаперевозок. Самолеты полностью зависят от GPS при приземлении.

— «Пполярный блэкаут». В прошлом протонное излучение сильно мешало работе в полярных областях, так как она зависима от связи и радиоволн. Магнитное поле Земли проводит протоны над полюсами, так что глубоко в атмосфере над заполярьем создаются ионизирующие слои, которые блокируют радиоволны. Прежде это явление было известно как «полярный блэкаут». Сейчас этот тип коротковолновой связи используется как резервный в самолетах.

— Магнитные помехи. Во время некоторых солнечных взрывов происходит выброс облака или пузыря ионизированного газа, который достигает Земли в течение одного-четырех дней, если взрыв был направлен в сторону нашей планеты. Худшие выбросы этого типа — те, которые развивают наибольшую скорость, как в случае события Кэррингтона. Солнечный газ создает сильное электрическое поле у внешних границ магнитного поля Земли, где возникает электрическое напряжение. Оно проникает в верхние слои атмосферы и может вызывать сильные магнитные помехи на Земле.

— Выход из строя источников питания. Если магнитные помехи от электричества в верхних слоях атмосферы (на высоте около 100 км) замкнутся в так называемую петлю (замкнутую электрическую цепь), там начнется индукция высокого напряжения. Такая петля имеется, например, между землей и высоковольтными линиями с заземлением в обоих концах через трансформаторы высокого напряжения. Индуцированное напряжение может сильно повредить трансформаторы. Если не отключить линии электропередач, трансформаторы могут просто-напросто разрушиться.

Солнечные бури могут уменьшить озоновый слой, последствия неясны

Солнечная буря может сократить озоновый слой Земли, так что нам понадобится солнцезащитный крем, говорит Кристоффер Карофф.

«Озоновый слой защищает нас от ультрафиолетового излучения Солнца, и если он начнет истончаться, на Землю проникнет гораздо больше солнечной радиации. В результате распространится рак кожи. В остальном вопрос о том, что солнечное излучение сделает с нашей планетой, пока остается без ответа».

Дело в том, что мы не можем узнать полный масштаб ущерба, наносимого солнечной супервспышкой, поскольку его никогда прежде не наблюдали.

Однако Кристоффер Карофф подчеркивает, что надо штудировать вопрос, в том числе изучая две вспышки, о которых говорится в исследовании 2015 года.

«До 2015 года не было никаких сведений о возможности супервспышек на Солнце. Если предположить, что это действительно так, и Солнце способно производить супервспышки, то я уверен, что можно вернуться назад и проследить влияние повышенного ультрафиолетового излучения на флору и фауну. Это было бы очень интересное исследование».

Удивительно много супервспышек на других звездах

Вывод о том, что на Солнце могут быть супервспышки, был сделан после наблюдения более 100 тысяч звезд, сходных с Солнцем. Среди этих звезд, за которыми наблюдали с помощью телескопа «Кеплер», отобрали 5 тысяч, которые были достаточно хорошо видны и напоминали Солнце. Их использовали для сбора статистики о супервспышках. За период исследования на 5 тысячах звезд произошло 48 таких вспышек.

«Мы берем относительно небольшой временной отрезок по сравнению с историей Солнца. „Кеплер“ наблюдал эти звезды в течение „всего лишь“ трех лет. Но вспышек было намного больше, чем мы ожидали. Их количество соответствует одному проценту, и это действительно много», — поясняет Кристоффер Карофф.

Затем ученые измерили магнитные поля солнцеобразных звезд и обнаружили очевидную закономерность: звезды с сильным магнитным полем были более склонны к образованию супервспышек. Известно, что солнечные бури возникают в связи с магнитным полем на поверхности Солнца, так что исследователи заявили, что солнечные бури и супервспышки формируются сходным образом — во взаимодействии с магнитным полем.

Это звучит правдоподобно, считает профессор Йорген Кристенсен-Дальсгор (Jørgen Christensen-Dalsgaard), также работающий в Орхусском университете. Он не имел отношения к созданию статьи и не видел ее ранее.

«Звучит очень разумно. Никогда нельзя быть уверенным на 100 %, но, как мне кажется, их аргументы показывают, что то, что мы наблюдаем на Солнце, очень похоже на поведение супервспышек, только в меньшем масштабе».

Верхний предел для вспышек на Солнце высок

Нет ничего удивительного в том, что сильное магнитное поле создает больше супервспышек. Но интересно, что супервспышки могут происходить и на звездах со слабым магнитным полем.

«Исследователи заключают, что большинство звезд, на которых бывают супервспышки, гораздо более активны, чем Солнце, и это ожидаемо: больше активности — больше взрывов. Но они также сообщают, что уровень активности некоторых из этих звезд соответствует Солнцу. Поэтому можно предположить, что и Солнце однажды произведет супервспышку, и это интересно, — говорит Йорген Кристенсен-Дальсгор. — Впервые стала очевидна связь между магнитными эффектами на других звездах и супервспышками. По-моему, это очень ново и захватывающе».

Звезды со слабым магнитным полем, такие как Солнце, не кажутся способными формировать супервспышки, и это говорит о том, что, вероятно, есть предел того, насколько крупными могут быть выбросы на звездах, подобных Солнцу, рассказывает Кристоффер Карофф.

«Когда мы пытаемся создать статистику, то приходим к тому, что периодичность супервспышек на Солнце — около 1 000 лет. Две предположительные супервспышки с 775 года соответствуют примерно тому же выводу», — говорит Кристоффер Карофф и подчеркивает, что речь о статистике и вероятностях. Новое исследование нельзя понимать как прогноз о следующей супервспышке на Солнце.

Лучше бойтесь астероидов и атомных бомб

Петер Стаунинг из Датского метеорологического института согласен с Кароффом. Он не считает, что Земля пострадает от супервспышки на Солнце.

«Эту информацию надо соотнести с вероятностями. Я не считаю, что в данном случае шансы высоки. Взрывы на Солнце могут быть направлены в любую сторону, и лишь десятая часть всех выбросов достигает Земли, — говорит он. — Ни один разумный человек не станет утверждать, что Земля будет задета супервспышкой на Солнце. Я, скорее, испугаюсь астероида или атомной бомбы».

А вот риск пострадать от выброса, похожего на событие Кэррингтона, вполне реален, считают все три эксперта. Об этом надо помнить, по мнению Петера Стаунинга.

«Хочу сказать, что вероятность получить еще одно событие Кэррингтона существует, и, например, электростанции должны ее учитывать. Мы не уверены, что сейчас этому уделяют внимание».

Источник: ИноСМИ