СОЛНЕЧНЫЙ ДЕТОНАТОР

Как и зачем наше светило устраивает гигантские вспышки — и чем это грозит цивилизации XXI века

В статье будут рассмотрены следующие вопросы:

Почему о Солнце снова говорят громко
Что такое вспышка и чем она отличается от коронального выброса
Магнитная кухня: где зреет энергия вспышек
Как долго люди наблюдают вспышки и как это делают сегодня
Классы, типы и «шкала страха» для инженеров
Что происходит с Землёй, когда солнце «чихает»
Самые знаменитые вспышки: от Кэррингтона до «Хэллоуина-2003»
Умеем ли мы предсказывать вспышки и солнечный цикл?
Сверхвспышки, «солнечный апокалипсис» и трезвый взгляд на риски
Грядёт ли Великий минимум, и повлияет ли он на климат?
Как защититься: от космического прогноза до предохранителей в сети
Вопросы без ответов и куда смотрят новые миссии
Итоги: почему изучение вспышек — это страховка будущего

────────────────────────────────────────

ПОЧЕМУ О СОЛНЦЕ СНОВА ГОВОРЯТ ГРОМКО

С середины 2020-х человечество вступило в 25-й нумерованный солнечный цикл, и активность звезды идёт вверх. Частота крупных вспышек и связанных с ними геомагнитных бурь растёт, спутников становится всё больше, энергосистема всё чувствительнее к космической погоде. Параллельно в СМИ гуляют пугающие заголовки о «солнечном суперцунами», способном «отключить Интернет на годы». Разобраться, где кончается сенсация и начинается наука, помогает сама физика вспышек.

ЧТО ТАКОЕ ВСПЫШКА И ЧЕМ ОНА ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ КОРОНАЛЬНОГО ВЫБРОСА

Солнечная вспышка — это резкий (от минут до часов) выброс электромагнитного излучения почти во всём диапазоне: от радиоволн до γ-квантов. Он рождается в солнечной короне над активной областью, чаще всего — выше тёмных пятен.

Корональный выброс массы (CME) — «пузырь» плазмы и магнетизма, который иногда запускается той же самой магнитной перестройкой, но может случиться и без яркой вспышки. Фактически вспышка — вспышка света и рентгена, CME — выброс вещества. Для землян опасней «комбо»: яркая X-вспышка + CME, направленный в плоскость орбиты.

МАГНИТНАЯ КУХНЯ: ГДЕ ЗРЕЕТ ЭНЕРГИЯ ВСПЫШЕК

Источник — солнечное динамо: поток заряженной плазмы и дифференциальное вращение звезды создают петли магнитного поля.
В короне петли могут перепутываться и «надуваться», словно пружина.
Резкая магнитная реконфигурация (reconnection) отпирает пружину и высвобождает до 10²⁵ Дж энергии — эквивалент миллиардов мегатонн ТНТ.
Часть переходит в тепло, часть — в ускорение частиц (протоны, электроны), часть — в электромагнитное излучение.

КАК ДОЛГО ЛЮДИ НАБЛЮДАЮТ ВСПЫШКИ

1859: Ричард Кэррингтон и Ричард Ходжсон по отдельности заметили первую оптически зарегистрированную вспышку.
1940-е: появились радиопрослушки Солнца.
1957: Международный геофизический год — бум наземных H-α обсерваторий.
1960-е: спутники серии «Орбитер», позже GOES и советские «Протон» впервые измеряют рентген.
1990-е: японский Yohkoh показал, какова геометрия разрядов.
2010-е: SDO, STEREO, RHESSI, SOHO дают круглосуточную съёмку в десятках каналов.
2020-е: Parker Solar Probe и Solar Orbiter летят почти «в огонь», чтобы увидеть корону изнутри.

Таким образом, инструментальные записи рентгеновских вспышек ведутся ≈ 55 лет, оптических — 160 лет, а статистика пятен — свыше четырёх столетий.

КЛАССЫ, ТИПЫ И «ШКАЛА СТРАХА» ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ

Главная шкала — по мощности мягкого рентгена 0,1–0,8 нм (спутники GOES).

A < 10⁻⁷ Вт/м²
B = 10⁻⁷–10⁻⁶
C = 10⁻⁶–10⁻⁵
M = 10⁻⁵–10⁻⁴
X > 10⁻⁴ (X1 в 10 раз мощнее М1, X10 — в 100).

Вспышки делят по длительности:

Impulsive (< 30 мин) — жёсткий всплеск рентгена, часто без CME.
Long Duration Event (> 1–2 ч) — медленный хвост, почти всегда сопровождающий CME.

По спектру — H-α, «белосветные» (white-light), γ-события.

Есть аномалии: «back-side flares» (скрытые за краем диска) и superflares (у других солнцеподобных звёзд, в 10²–10³ раз сильнее X-класса).

ЧТО ПРОИСХОДИТ С ЗЕМЛЁЙ, КОГДА СОЛНЦЕ «ЧИХАЕТ»

Радио- и навигационные сбои: ионизация D-слоя гасит КВ-связь, GNSS начинает шуметь.
Солнечные протонные события (SPE): поток частиц > 10 МэВ; опасность для астронавтов и полярных авиарейсов.
Геомагнитные бури: если CME прилетит через 15–90 ч и его магнитное поле развёрнуто на юг, токи наведутся в ЛЭП, трубопроводах, кабелях.
Полярные сияния: яркое шоу до средних широт.
Угроза электронике спутников: деградация солнечных батарей, «битовые ошибки», выход из строя датчиков.

САМЫЕ ЗНАМЕНИТЫЕ ВСПЫШКИ

1859 (Кэррингтон): телеграфы искрили, сияние видели на Кубе.
1921 («Буря железнодорожников»): пожары на коммуникационных узлах США.
1989 (Квебек): отключение электроэнергии на 9 часов у 6 млн человек.
2003 («Хэллоуин»): X17 и X45* (с насыщением датчиков). Сгорели спутники ADEOS-2 и Mars Odyssey пережил радиационный шторм.
2012 (23 июля): CME уровня Кэррингтона промахнулся мимо Земли на девять дней по орбите.

УМЕЕМ ЛИ МЫ ПРЕДСКАЗЫВАТЬ ВСПЫШКИ И СОЛНЕЧНЫЙ ЦИКЛ?

Короткий ответ: частично.

Сейчас SWPC (NOAA), SIDC (Брюссель), ИЗМИРАН (Россия) дают суточные/трёхсуточные вероятности M/X-вспышек по данным магнитограмм SDO/HMI. Точность ≈ 50–60 % — лучше «подбрасывания монетки», но далека от прогноза погоды на Земле.
Методы: статистика (McIntosh, Mount Wilson, класс Δ-пятен), машинное обучение (конволюционные сети), физические модели MHD.
Прогноз цикла (11 лет): используют динамо-модели, вспомогаются числом пятен n-1 цикла и полярным полем. Точность амплитуды ±30 %. Скажем, для 25-го цикла ожидали пиковое число Вольфа 95±15, по реальным данным он, похоже, будет чуть сильнее.
Долгосрочно (> десятилетий) мы можем говорить только о вероятностях процессов, а не о конкретных датах вспышек.

СВЕРХВСПЫШКИ, «СОЛНЕЧНЫЙ АПОКАЛИПСИС» И ТРЕЗВЫЙ ВЗГЛЯД

Данные космического телескопа Kepler показали у звёзд-двойников Солнца «superflares» 10³⁴–10³⁶ эрг — в 100–1000 раз мощнее X-класса. Для нашего (медленно вращающегося) Солнца вероятность такого события оценивают как ~1 раз в 1000–10 000 лет. Это не ноль, но и не повод ждать «конца света» каждую пятницу. Текущие модели указывают, что глобальная магнитная геометрия Солнца не благоволит столь чудовищным выбросам при нынешнем темпе вращения.

ГРЯДЁТ ЛИ ВЕЛИКИЙ МИНИМУМ, И ПОВЛИЯЕТ ЛИ ОН НА КЛИМАТ?

Мина Мак, Модерн, Спорер и Дальтон — исторические «лишние» минимумы активности, совпадавшие с локальными похолоданиями. Однако вклад в глобальную температуру оценивается в ≈ 0,1–0,3 °C, тогда как антропогенный фактор даёт > 1 °C. Даже если к середине XXI века начнётся новый «великий минимум», он лишь слегка притормозит, но не отменит тренд глобального потепления.

КАК ЗАЩИТИТЬСЯ

Орбитальные службы получают оповещения SWx каждые 10 минут; спутники переводят в safe-mode.
Энергосистемы устанавливают GIC-мониторы, реактивные компенсаторы и перезаземления.
Авиация уходит с полярных трасс, космонавты — в экранированные модули (МКС часто «ныряет» в тень Земли).
Есть идея резервного «солнечного GPS» (пульсары, навигация по звёздам) на случай потери GNSS.

ВОПРОСЫ БЕЗ ОТВЕТОВ И КУДА СМОТРЯТ НОВЫЕ МИССИИ

Почему только часть сложных δ-регионов вспыхивает?
Что задаёт «триггер» переполюсовки поля в короне?
Может ли изменение химсостава (гелио-сейсмология) влиять на статистику вспышек?
Parker Solar Probe к 2025 году пройдёт сквозь альфвенову поверхность — впервые увидит «зародыши» CMEs.
Китайская ASO-S и индийская Aditya-L1 дадут круглосуточную спектрополяриметрию, а наземный DKIST зафиксирует магнитные нитки 20 км шириной.

ИТОГИ

Солнечные вспышки — не прихоть звезды, а неизбежное следствие её магнитной машины. Мы наблюдаем их всего полтора века, учимся предсказывать — считанные десятилетия. Технологическая цивилизация впервые стала уязвимой к космической погоде, но одновременно получила инструменты для страховки: орбитальные телескопы, суперкомпьютерные МHD-модели и систему раннего предупреждения. Чем больше мы знаем о «солнечном детонаторе», тем спокойнее встретим как рядовой X-взрыв, так и гипотетический супервсплеск будущего.

Рекомендуем прочитать следующую статью: Магнитные бури: невидимая атака на нервы, технику и навигацию

Нажав здесь, вы вернётесь к каталогу статей