Держитесь за свои спутники: Солнце скоро станет намного более грозовым

Солнечная активность может возрасти, когда Солнце достигнет своей максимальной электромагнитной фазы в 2025 году.

Отредактировано 2023-25-06
Солнечная вспышка вылетающая с левой стороны Солнца видна в ультрафиолетовом синем свете через Обсерваторию солнечной динамики НАСАОбсерватория солнечной динамики НАСА сделала это изображение солнечной вспышки 17 февраля 2023 года. На снимке показано подмножество крайних ультрафиолетовых лучей, которые выделяют чрезвычайно горячий материал во вспышках и которые окрашены в тиловый цвет.

В пятницу, 17 февраля, часть Солнца вспыхнула. Пронзительно яркая вспышка света - солнечная вспышка - на короткое время вырвалась из левой конечности нашей звезды, где она была запечатлена на ультрафиолетовом снимке космического аппарата НАСА Solar Dynamics Observatory.

"Это была не самая большая вспышка в истории, но это была значительная вспышка Х", - сказал Томас Бергер, солнечный физик и директор Центра технологий, исследований и образования в области космической погоды при Университете Колорадо в Боулдере. (Буква "X" относится к буквенной системе оценки интенсивности солнечных вспышек, которая варьируется от незначительных вспышек класса A до серьезных вспышек класса X. "Солнечные вспышки такой силы обычно вызывают радиопомехи на освещенной солнцем стороне Земли в течение часа или двух, - говорит он. В конечном счете, эта вспышка была довольно слабой - самая мощная из когда-либо зарегистрированных солнечных вспышек 2003 года была более чем в 100 раз мощнее - и не вызвала никаких серьезных проблем".

Тем не менее, мы скоро вступим в более изменчивую главу в 11-летнем цикле магнитной активности Солнца. Солнечные вспышки - это одна из трех основных форм активности солнечных извержений, наряду с выбросами корональной массы и радиационными бурями, частота которых, по словам Бергера, в ближайшие несколько лет, вероятно, возрастет.

"Мы находимся в фазе подъема 25-го солнечного цикла, и ожидается, что активность будет возрастать", - говорит он. (Солнечный цикл называется 25-м, потому что ученые впервые начали вести подробный учет солнечных пятен в 1755 году, и с тех пор было 25 циклов). Пик этого периода, известный как солнечный максимум, должен наступить около 2025 года. Последний солнечный максимум был в 2014 году.

Такой рост активности может существенно повлиять на планируемую космическую деятельность, например, на быстро растущие группировки низкоорбитальных спутников. А солнечный максимум 2025 года совпадет с проектом НАСА Artemis III, целью которого является возвращение людей на поверхность Луны - не самое безопасное место во время солнечной радиационной бури.

"Это будет действительно интересное время, если мы получим экстремальную бурю в этом солнечном цикле", - говорит Бергер.

Что такое солнечный магнитный цикл?

Солнце представляет собой гигантскую сферу бушующей, перегретой плазмы, которая, по сути, является электрически заряженным газом с чудовищно мощным магнитным полем.

По непонятным пока астрономам причинам активность этих магнитных полей увеличивается и уменьшается в течение 11-летнего цикла. Этот цикл также включает в себя изменения темных участков на поверхности звезды, известных как солнечные пятна, причем по мере продвижения Солнца к солнечному максимуму их появляется все больше.

"Солнечные пятна являются источником солнечных магнитных извержений", - говорит Бергер. "Чем больше солнечное пятно, тем больше взрыв. Чем активнее Солнце, тем больше солнечных пятен, и тем больше они становятся".

Нынешний солнечный цикл пока выделяется на фоне других: Пока что он более активен, чем прогнозируют такие группы, как Центр прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований, и на Солнце появляется больше солнечных пятен, чем прогнозировалось.

"Мы не знаем, будет ли он и дальше активнее, чем прогнозируется", - говорит Бергер. "Здесь еще довольно рано, и в любом месяце может произойти возврат к слабому прогнозу".

Солнечная вспышка, вылетающая из левой части СолнцаОбсерватория солнечной динамики НАСА сделала это изображение солнечной вспышки - как видно из яркой вспышки в верхней левой части изображения - 10 января 2023 года. Изображение показывает подмножество крайних ультрафиолетовых лучей, которые выделяют чрезвычайно горячий материал во вспышках и окрашены в красный и золотой цвета. NASA/SDO

Нарушат ли солнечные извержения Землю в 2025 году?

По словам Бергера, солнечные извержения происходят, когда линии магнитного поля в солнечном пятне скручиваются и срываются, вызывая взрыв с тремя возможными последствиями.

Первая - это солнечная вспышка, подобная той, что наблюдалась 17 февраля, которая в основном представляет собой выброс фотонов. Второй - корональный выброс массы, или выброс большого количества плазмы в межпланетное пространство. И третий - это радиационная буря, подпитываемая ускоряющимися энергетическими частицами, такими как протоны, выборы и ионы. Корональные выбросы массы также иногда могут порождать радиационную бурю, толкая перед собой заряженные частицы, несущиеся с космической скоростью.

Солнечные вспышки, если они достаточно интенсивны, могут вызвать радиопомехи на освещенной Солнцем стороне Земли. Корональные выбросы массы - это вспышки, которые действительно вызывают проблемы. Заряженная плазма может вызвать геомагнитную бурю, когда она попадает в магнитосферу нашей планеты, что приводит к потрясающим аврорам на полюсах, а также к разрушению электросетей и спутниковых технологий, говорит Бергер. Сильная геомагнитная буря может нагреть атмосферу так, что она раздуется, увлекая за собой низколетящие спутники и даже срывая некоторые из них с орбиты, как это случилось с 40 недавно запущенными спутниками Starlink 4 февраля 2022 года.

Однако не каждый выброс корональной массы достигнет Земли. Многие, как выброс, связанный с извержением 17 февраля, улетают в космос вдали от нашей планеты. Вопрос в том, будут ли еще такие выбросы направлены в нашу сторону, поскольку мы движемся к солнечному максимуму.

"Последние исследования действительно начинают подтверждать, что почти каждый солнечный цикл имеет очень, очень большое извержение", - говорит Бергер, - "Так что это действительно просто вопрос того, в каком направлении в космосе оно движется".

Как мы планируем будущее непокорного Солнца?

Действительно мощные солнечные извержения могут привести к геомагнитным бурям, которые могут повредить электронику на земле, как, например, буря 1989 года, которая вывела из строя некоторые электросети. Но сегодня риск выше, чем в 1989 году, хотя бы потому, что в космосе постоянно находится гораздо больше технологий и людей. Например, в конце 2022 года на орбите находилось более 5700 спутников, в то время как в 1989 году их было менее 500.

"Если мы получим экстремальную геомагнитную бурю сейчас, там будет так много всего, что будет двигаться повсюду", - говорит Бергер. "Мы обеспокоены повышенным риском столкновения со следующей бурей".

Поскольку НАСА планирует вернуться на Луну и в конечном итоге на Марс, ученым придется гораздо лучше прогнозировать солнечные извержения. В настоящее время физики, такие как Бергер, и исследователи из Центра прогнозирования космической погоды могут предсказывать солнечные извержения, но с той точностью и детальностью, которую метеорологи сочли бы довольно паршивой по сравнению с 10-дневным прогнозом солнечного света и дождя.

"Мы можем сказать, когда произойдет выброс корональной массы, примерно плюс-минус 10 часов", - объясняет Бергер, - "Но у нас нет хорошего способа предсказать, что произойдет на низкой околоземной орбите". Другими словами, трудно сказать, насколько сильно геомагнитная буря повлияет на работу и траекторию спутников и обычные электрические операции на земле.

Камнем преткновения для улучшения прогнозов является то, что, хотя NOAA проводит постоянное моделирование верхней атмосферы Земли, эта модель еще не способна усваивать данные в режиме реального времени так, как это могут делать наземные модели прогнозирования погоды. "Это исследовательская программа, на реализацию которой потребуется несколько лет", - говорит Бергер.

Тем временем Солнце будет продолжать подниматься к солнечному максимуму в 2025 году. Но даже после этого максимума это не означает, что спутники и астронавты останутся в стороне от солнечных бурь. "Потенциально в любой момент между 2028 и 2029 годами на Землю может обрушиться крупное извержение, - говорит Бергер. Это, вероятно, не повлияет на повседневную жизнь, но НАСА и операторы спутников должны будут следить за Солнцем".