Солнечная вспышка 1859 года. Самые мощные вспышки на солнце в истории
Солнечный супершторм 1859 года September 5th, 2015
156 лет назад 2 сентября по магнитному полю Земли ударил гигантский выброс солнечной корональной массы. Туристы в Скалистых горах проснулись в середине ночи, решив, что наступил рассвет. На самом деле горизонт озарило ярчайшее северное сияние.
На Кубе люди читали утренние газеты при красноватом свете полярных огней. Заряженные частицы бомбардировали Землю так энергично, что изменили химический состав полярного льда. Магнитная буря продолжалась целый день. «Викторианский интернет» — телеграф — был полностью выведен из строя. Магнитометры по всему миру фиксировали сильные возмущения в магнитном поле планеты еще более недели. Причиной всего этого стала невероятная солнечная вспышка, которую днем ранее зарегистрировал британский астроном Ричард Каррингтон .
В 1859 году, астроном Ричард Каррингтон , по имени которого в последствии и прозвали происшествие, обнаружил странные пятна на Солнце. Громадные затемнения на его поверхности были невероятного размера, а через несколько часов после обнаружения, они стали различимы и невооруженным глазом.
По прошествии короткого времени, эти пятна превратились в два огромных шара, которые на время даже затмили Солнце, а после исчезли. Каррингтон предположил, что на поверхности нашего светила произошли две громадных солнечных вспышки, два мега взрыва, и он не ошибся.
Через 17 часов ночь над Америкой стала днём - было светло от зелёных и малиновых сполохов сияния. Казалось, что города охвачены огнём. Зарево над своими головами наблюдали даже жители Кубы, Ямайки, Гавайских островов, никогда прежде ничего подобного не видевшие.
На всей территории Северной Америки внезапно пропало электричество, сгорело все телеграфное оборудование и вышли из строя все остальные электроприборы
. Первые магнитометры, которых тогда было единицы, зашкаливали и затем сразу же выходили из строя. Из аппаратов сыпались искры, жаля телеграфистов и поджигая бумагу. Явление осенней ночи далекого 1859 года навсегда осталось в истории как первый массивный плазматический удар и получило название Каррингтонского события.
Что если такое произойдет в наше время
Вспышки на Солнце происходят из-за перемешивания газов. Иногда светило выстреливает их в пространство. От поверхности отрываются десятки миллиардов тонн раскаленной плазмы. Эти циклопические сгустки несутся к Земле со скоростью в миллионы километров в час. Еще и ускоряясь по ходу. Удар принимает на себя магнитное поле планеты.
Вначале люди смогут наблюдать сияние, подобное полярному, но во много раз более яркое. Затем из строя выйдут все энергосистемы, трансформаторы. Самые уязвимые элементы - трансформаторы. Они быстро перегреются и расплавятся. По оценкам экспертов, только в США через 90 секунд после удара сгорят 300 ключевых трансформаторов. И без электроэнергии останутся более 130 миллионов человек.
Никто не погибнет, и последствия солнечной атаки проявятся не сразу. Но престанет поступать питьевая вода, отключатся бензоколонки, перестанут функционировать нефте и газопроводы. Автономные энергосистемы в больницах проработают три дня, затем остановятся. Выйдут из строя системы охлаждения и хранения продуктов. В итоге, подсчитали специалисты, в течение года умрут миллионы людей из-за косвенных последствий паралича экономики.
Подобная магнитная буря произошла в 1859 году. Но тогда промышленность только начала развиваться, и поэтому мир не понес больших потерь. Сейчас человечество более уязвимо. Достаточно вспомнить последствия одной из более слабых бурь: в 1989 году скромный по масштабам солнечный шторм погрузил во тьму канадскую провинцию Квебек, 6 млн человек оставались без электричества в течение 9 часов.
Заряд плазмы может привести к самым худшим последствиям. Но почему же на восстановление уйдет так много лет? Эксперты NASA говорят, что все дело в трансформаторах: их нельзя отремонтировать, их можно только заменить, а при этом заводы, на которых они производятся, будут парализованы. Поэтому процесс восстановления будет очень медленным.
"Последствия внезапного солнечного шторма сравнимы с ядерной войной или падением гигантского астероида на Землю ", - говорит профессор Дэниель Бейкер (Daniel Baker), эксперт по космической погоде из Колорадского университета (University of Colorado in Boulder) и глава комитета NAS, ответственного за подготовку доклада.
"Если произойдет событие, аналогичное тому, что случилось осенью 1859 года, то мы его можем и не пережить ", - говорит Джеймс Грин (James L. Green) , один из директоров НАСА и специалист по магнитосфере.
"Есть еще одна опасность , - говорит Дэниель Бейкер , - так называемые веерные отключения. Энергетические сети на континентах взаимосвязаны. И потеря даже какого-нибудь одного узла повлечет за собой каскад аварий. К примеру, в 2006 году банальное отключение одной из ЛЭП в Германии вызвало серию повреждений трансформаторных подстанций по всей Европе. Во Франции пять миллионов человек сидели без света два часа ".
"Тогда в 1859 году - человечеству просто повезло, потому что оно не достигло высокого технологического уровня , - говорит Джеймс Грин . - Сейчас, случись подобное, на восстановление разрушенной мировой инфраструктуры уйдет не меньше десяти лет. И триллионы долларов ".
Кстати, в последний раз вспышка подобной силы произошла на Солнце всего несколько лет назад -
24.12.2013
Эта буря, разыгравшаяся в конце 1859 года, является наимощнейшей за всю историю наблюдений за геомагнитными штормами. Комплекс событий, из которых состояла эта буря, получил название «Событие Кэррингтона», а в англоязычной литературе - «Солнечный супершторм». Также эту геомагнитную бурю называют еще «Космической «Катриной», так что если желаете в полной мере представить себе ущерб от этого явления, то ознакомьтесь с тем, что натворил ураган «Катрина» в США.
В промежуток времени с 28 августа по 2 сентября астроном из Великобритании Ричард Кэррингтон наблюдал на Солнце многочисленные вспышки, которые в итоге 1 сентября вылились в огромный корональный выброс масс и не в один, а сразу в два. Первая волна дошла гораздо раньше и словно расчистила путь для второго коронального выброса от окружающей плазмы солнечного ветра. Второй выброс достиг Земли спустя 17-18 часов. Это очень быстро, если отталкиваться от нормы: обычно это расстояние солнечный выброс проходит примерно за 3-4 дня.
Индекс геомагнитной активности достигал - 1760 нТл. Радиационные пояса Ван Алена, окружающие нашу планету на время оказались сорванными и несметное количество электронов и протонов были выброшены в верхние слои атмосферы. Возможно, этот факт и придал полярному сиянию интенсивный красный оттенок. В результате 1 и 2 сентября 1859 года отказала вся телеграфная система в Северной Америке и по всей Европе: искрили линии передач, спонтанно возгоралась телеграфная бумага, а некоторые устройства невозмутимо продолжали свою работу, будучи уже отключенными от источника питания.
Северное сияние могли наблюдать жители всей планеты, даже над Карибами. А золотоискатели в Скалистых горах приняли это свечение, настолько ярким оно было, за восход и принялись готовить себе завтрак. Приблизительно через два дня плазма отдалилась от нашей планеты, и деформированное магнитное поле Земли вернулось в свое исходное состояние. Многочисленные исследования позволяют утверждать, что северное сияние прямое следствие событий, происходящих на Солнце, которые сильно искажают магнитное поле нашей Земли.
Произойди такая ситуация в наши дни, то последствия были бы куда плачевнее: сбой радиосвязи, континентальные отключения электричества, проблемы с GPS-навигацией местного и планетарного значения. Это схоже с разрушениями мощного урагана или небывалой мощи землетрясения. Восстановление всех повреждений заняло бы не одну неделю. К счастью, буря такой мощности происходит раз в 500 лет, а буря с половинной мощностью - один раз за 50 лет.
ВСПЫШКА КАРРИНГТОНА. СОЛНЕЧНЫЙ СУПЕРШТОРМ 1859 Г.
Солнечные вспышки происходят регулярно. Частота и мощность зависит от фазы солнечного цикла. Это явление изучается астрономами со всего мира. В эпоху покорения космоса, прогнозирование вспышек на Солнце играет важную роль в космонавтике.
Для жителя Земли вспышки на Солнце, как правило, не оказывают существенного влияния. Но в 1859 г. случилась вспышка такой мощности, что если бы она произошла в настоящее время, то результаты были бы плачевные.
Солнечные пятна
На ближайшей к нам звезде люди замечали большие темные пятна более 2 тыс. лет назад. Первые сообщения об этом датируются 800 г. до н.э. Первые китайские астрономы обращали внимание, что на Солнце имеются темные области, которые хорошо заметны на ярком диске. Сейчас мы знаем, что в этих областях температура поверхности ниже на 1 200 oС. Поэтому они хорошо видны, по сравнению с более горячими участками.
Солнечные пятна – это участки, где на поверхность вырываются сильные магнитные поля. Эти поля подавляют тепловое излучение, поскольку замедляется конвективное движение вещества.
Фотография, на которой видны солнечные пятна. Это более холодные (на 1500 К) области на поверхности звезды, поэтому со стороны они кажутся почти черными.
Солнечные вспышки
Рядом с солнечным пятном часто возникает солнечная вспышка. Это огромной силы взрывной процесс, во время которого освобождается энергии на миллиарды мегатонн в тротиловом эквиваленте. Солнечная вспышка может длиться несколько минут. В это время от эпицентра вспышки расходится сильное рентгеновское излучение, которое бывает такой силы, что достигает пределов Земли. Регистрация силы излучения вспышек началась с запуском первых спутников на земную орбиту. Мощность солнечной вспышки измеряется в Вт/м2. По используемой классификации (предложена Д. Бейкером) слабые вспышки маркируются буквами A, B и С, средние буквой M, а самые сильные буквой X.
Самая мощная вспышка, которая произошла с момента начала регистрации солнечных вспышек, произошла в 2003 г. Ей был присвоен балл X28.(28 * 10-4 Вт/м2).
Во время вспышки поверхность планеты взрывается, выбрасывая огромную энергию. Вспышка сопровождается сильным рентгеновским излучением, которое может достигнуть нашей планеты.
Каррингтонское событие: Геомагнитная буря 1859 года
В 1859 году, астроном Ричард Каррингтон, по имени которого в последствии и прозвали происшествие, обнаружил странные пятна на Солнце. Громадные затемнения на его поверхности были невероятного размера, а через несколько часов после обнаружения, они стали различимы и невооруженным глазом.
По прошествии короткого времени, эти пятна превратились в два огромных шара, которые на время даже затмили Солнце, а после исчезли. Каррингтон предположил, что на поверхности нашего светила произошли две громадных солнечных вспышки, два мега взрыва, и он не ошибся.
Через 17 часов ночь над Америкой стала днём – было светло от зелёных и малиновых сполохов сияния. Казалось, что города охвачены огнём. Зарево над своими головами наблюдали даже жители Кубы, Ямайки, Гавайских островов, никогда прежде ничего подобного не видевшие.
На всей территории Северной Америки внезапно пропало электричество, сгорело все телеграфное оборудование и вышли из строя все остальные электроприборы. Первые магнитометры, которых тогда было единицы, зашкаливали и затем сразу же выходили из строя. Из аппаратов сыпались искры, жаля телеграфистов и поджигая бумагу. Явление осенней ночи далекого 1859 года навсегда осталось в истории как первый массивный плазматический удар и получило название Каррингтонского события.
Что если такое произойдет в наше время
Вспышки на Солнце происходят из-за перемешивания газов. Иногда светило выстреливает их в пространство. От поверхности отрываются десятки миллиардов тонн раскаленной плазмы. Эти циклопические сгустки несутся к Земле со скоростью в миллионы километров в час. Еще и ускоряясь по ходу. Удар принимает на себя магнитное поле планеты.
Вначале люди смогут наблюдать сияние, подобное полярному, но во много раз более яркое. Затем из строя выйдут все энергосистемы, трансформаторы. Самые уязвимые элементы – трансформаторы. Они быстро перегреются и расплавятся. По оценкам экспертов, только в США через 90 секунд после удара сгорят 300 ключевых трансформаторов. И без электроэнергии останутся более 130 миллионов человек.
Никто не погибнет, и последствия солнечной атаки проявятся не сразу. Но престанет поступать питьевая вода, отключатся бензоколонки, перестанут функционировать нефте и газопроводы. Автономные энергосистемы в больницах проработают три дня, затем остановятся. Выйдут из строя системы охлаждения и хранения продуктов. В итоге, подсчитали специалисты, в течение года умрут миллионы людей из-за косвенных последствий паралича экономики.
Подобная магнитная буря произошла в 1859 году. Но тогда промышленность только начала развиваться, и поэтому мир не понес больших потерь. Сейчас человечество более уязвимо. Достаточно вспомнить последствия одной из более слабых бурь: в 1989 году скромный по масштабам солнечный шторм погрузил во тьму канадскую провинцию Квебек, 6 млн человек оставались без электричества в течение 9 часов.
Заряд плазмы может привести к самым худшим последствиям. Но почему же на восстановление уйдет так много лет? Эксперты NASA говорят, что все дело в трансформаторах: их нельзя отремонтировать, их можно только заменить, а при этом заводы, на которых они производятся, будут парализованы. Поэтому процесс восстановления будет очень медленным.
“Последствия внезапного солнечного шторма сравнимы с ядерной войной или падением гигантского астероида на Землю”, – говорит профессор Дэниель Бейкер (Daniel Baker), эксперт по космической погоде из Колорадского университета (University of Colorado in Boulder) и глава комитета NAS, ответственного за подготовку доклада.
“Если произойдет событие, аналогичное тому, что случилось осенью 1859 года, то мы его можем и не пережить”, – говорит Джеймс Грин (James L. Green), один из директоров НАСА и специалист по магнитосфере.
“Есть еще одна опасность, – говорит Дэниель Бейкер, – так называемые веерные отключения. Энергетические сети на континентах взаимосвязаны. И потеря даже какого-нибудь одного узла повлечет за собой каскад аварий. К примеру, в 2006 году банальное отключение одной из ЛЭП в Германии вызвало серию повреждений трансформаторных подстанций по всей Европе. Во Франции пять миллионов человек сидели без света два часа”.
“Тогда в 1859 году – человечеству просто повезло, потому что оно не достигло высокого технологического уровня, – говорит Джеймс Грин. – Сейчас, случись подобное, на восстановление разрушенной мировой инфраструктуры уйдет не меньше десяти лет. И триллионы долларов”.
Вспышка Каррингтона не только озарила небо. Она вывела из строя телеграф. Провода под напряжением разбрасывались снопом искр. Люди просыпались и шли на работу, уверенные что наступило утро. Страшно даже представить, что было бы, если вспышка подобной мощности произошла в настоящее время. Сейчас, когда весь мир опутан проводами, а без электричества в один миг наступит настоящий коллапс, она может принести серьезный урон всему человечеству.
Вспышки на Солнце такой мощности происходят каждые 500 лет. Но солнечные бури меньшего масштаба (но серьезно ощутимые на Земле) случаются чаще. Поэтому человек уже позаботился об электромагнитной безопасности современных устройств, отвечающих за обеспечение жизнедеятельности. По мнению экспертов Земля готова к повторению Вспышки Каррингтона. Несомненно, сильное возмущение геомагнитного фона планеты не останется незамеченным, но в один миг мы не вернемся в доэлектрическую эпоху.
Подписаться на сайт
Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook
и ВКонтакте
Человек не представляет своей жизни без солнечного света и тепла. Однако Солнце приносит нам не только радость. Каждые 11 лет на нем случаются катаклизмы, оказывающие немалое влияние на наше существование. Какие же самые мощные вспышки были зарегистрированы на Солнце за весь период наблюдений, и чем они опасны для человечества?
Величайшая буря 1859 года
Великой бурей или Солнечным суперштормом была названа мощнейшая вспышка, случившаяся в 1859 году . С конца августа по 2 сентября на Солнце наблюдалось резкое образование и исчезновение пятен и всполохов. Уже современные ученые установили, что эти явления сопровождались масштабными выбросами корональных веществ.
Наиболее масштабный всплеск солнечного вещества был отмечен 1 сентября ученым Р. Кэррингтоном. Выброс вызвал на Земле феноменальные события. По всей планете выходили из эксплуатации телеграфные линии, люди оставались без связи, а в атмосфере полыхало ярчайшее «Северное сияние».
Ученые утверждают, что это была сильнейшая геомагнитная буря из всех изученных. Мощность солнечного вихря и невероятная скорость, с которой достигали Земли звездные частицы, объясняют тем, что 2-3 предыдущих дня корональные выбросы «прокладывали прямой путь» от Солнца к планете.
Солнечная буря 774 года
Но по мнению некоторых исследователей, вспышка 1859 года не может занимать лидирующее место по своей силе и скорости магнитных бурь. Существует предположение, что она уступает более мощному солнечному шторму, случившемуся в 774 году и оказавшему на планету значительное негативное влияние.
Ученые проверили годичные кольца старых деревьев на наличие радиоактивного углерода-14 и пришли к выводу, что в 774 году солнце действительно выбросило внушительный объем заряженных частиц. По своей силе выброс превышал Супершторм 1859 года практически в 20 раз. Тем не менее, его интенсивность была намного ниже предполагаемых показателей и не могла закончиться планетарной катастрофой.
Железнодорожный шторм 1921 года
13 мая 1921 года на солнечной сфере было замечено огромное пятно. Его диаметр равнялся примерно 300 тысячам километров. А еще через 2 дня произошла геомагнитная буря, заблокировавшая работу половины технических средств главной железной дороги Нью-Йорка. Без связи сталась практически вся Восточная часть Соединенных Штатов.
Солнечная буря 1972 года
27 июля 1972 года астрономы отметили крупный центр активности, восходящий из-за восточной кромки Солнца. Начались сияния и выбросы на лимбе, увеличилась яркость короны, повысился поток радиоизлучения. Первая сильная вспышка с мощным диапазоном зафиксирована 2 августа.
4 августа произошел второй всплеск активности. Через некоторое время спутники зафиксировали внушительные потоки протонов, что говорило о резком ускорении солнечных частиц. Вторая вспышка оказала внушительное влияние на процессы в верхних слоях земной атмосферы.
Третья вспышка случилась 7 августа. Она была самая мощная в видимом диапазоне, но ее влияние было меньше по сравнению с предыдущим всплеском.
Надо сказать, что большие солнечные волнения весьма опасны для космонавтов. Во время бури 1972 года на околоземной орбите работал корабль «Аполлон-16». Космонавты лишь немного не попали под воздействие вспышки уровня Х2. Если бы не везение, они бы подверглись большому облучению в три сотни Бэр, от которого погибли бы максимум за 3-4 недели.
Солнечная буря 1989 года
13 марта произошла геомагнитная буря уровня Х15, наглядно показавшая, какую опасность несут солнечные волнения. Ее итогом стало обесточивание массы канадских домов, расположенных в Монреале и на окраинах Квебека.
С трудом противостояли электромагнитному давлению электросети северных штатов США. Последствия бури почувствовал весь мир. Жители планеты могли любоваться небывалыми красотами Северного сияния.
В этот период была заблокирована радиообщение между СССР и США, а всполохи северного сияния были заметны даже над крымским небом. Деформированное поле планеты разрушило одну из установок ядерной станции в Нью-Джерси.
Солнечный шторм в День Бастилии
14 июля 2000 года, в 211 годовщину захвата Бастилии, была зарегистрирована еще одна солнечная буря, получившая название – вспышка «Дня Бастилии». Силу солнечной активности смогли засечь даже аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», установленные на огромном расстоянии от Солнца.
Последствия этого всплеска почувствовали в каждом уголке Земли. Начались проблемы с радиосвязью. Пассажиры самолетов, которые пролетали над полюсами, подверглись радиационному облучению. К счастью, его уровень был относительно небольшим и не сыграл пагубной роли.
Вспышка Хэллоуина
Октябрь 2003 года был отмечен одним из сильнейших солнечных штормов уровня Х45. Ученым не удалось точно измерить его мощность – аппаратура орбитальных телескопов не выдержала такой нагрузки и «опоздала» больше, чем на 10 минут.
Большая часть солнечного потока прошла, не задев поверхности планеты. Но ряд спутников был поврежден корональными выбросами, что закончилось перебоями сотовой и телефонной связи.
Вспышка 2005 года
В сентябре 2005 года было отмечено три случая солнечной активности: 7, 8 и 9 сентября. Вспышка 7 сентября стала четвертой по интенсивности из изученных наукой. По официальным данным, электромагнитный удар по околопланетному пространству достиг максимальной степени интенсивности R5.
9 сентября, в самый пик солнечной интенсивности, в Москве произошло рекордное количество самоубийств – 10 человек за сутки. Специалисты считают, что массовое расставание с жизнью было также вызвано солнечной бурей.
Солнечный шторм 2006 года
5 декабря 2006 года зарегистрирован солнечный всплеск пиковой мощности Х9. К счастью, его поток был направлен в противоположную от Земли сторону. Об этом свидетельствуют данные двух аппаратов STEREO, установленных на орбите для изучения звездной активности.
Солнечные волнения 2011 года
9 августа 2011 года произошла солнечная буря, ставшая пиком последнего солнцеоборота. Ее уровень был равен Х6,9. Этот всплеск назвали лидером цикла 24. Он был зафиксирован одним из спутников NASA, являвшегося собственностью обсерватории по изучению звездной активности. Частицы потока воздействовали на верхние слои земной атмосферы, что привело к неполадкам в радиосвязи.
Вспышка 2012 года
В этот год 21 июля на Земле произошли серьезные проблемы с радиосвязью. Многие жители планеты могли любоваться необычайно яркими полярными сияниями. Все эти события были вызваны гигантской вспышкой уровня Х1,4, которую выпустил к Земле динамичный солнечный район 1520.
Солнечные волнения 2015 года
7 мая 2015 года случилась еще одна массивная вспышка. Ее активность была равна уровню Х2,7. Многим покажется, что это совсем немного. Но и такого показателя достаточно для нарушения связи и вызова ярчайших полярных всполохов. Кроме того, теперь мы можем любоваться прекрасными фотоснимками, сделанными с околоземных спутников.
Солнечная буря 2017
6 сентября 2017 года отмечено самой интенсивной за последние 12 лет солнечной бурей. Вспышку отнесли к уровню Х9,3, свидетельствовавшему о высочайшей силе. Второй мощный всплеск зафиксирован 7-го, а третий – 8 сентября.
Завершающая вспышка небывалой силы случилась 10 сентября. Светило «выплюнуло» в космическое пространство огромную массу плазмы. Ученые утверждают, что вспышки 6 и 10 сентября являются одними из самых сильных, какие вообще может производить Солнце.
Причины и последствия солнечных волнений
Причиной солнечных штормов является всплеск энергии в атмосфере звезды. Образование сильнейших бурь зависит от магнитных полей светила. Солнечные вспышки называют катаклизмическими феноменами, формирующимися на поверхности звезды.
Образование солнечных бурь проходит в несколько этапов:
- Обрыв магнитных силовых линий и их соединение в новую структуру;
- Выделение несчитанного количества энергии;
- Перегрев солнечной системы;
- Разгон заряженных элементов до сверхсветовых скоростей.
Разделение вспышек на группы осуществляется в зависимости от уровня рентгеновского излучения. Степень интенсивности обозначается числами от 1,0 до 9,9 для букв от A до X. Вспышки класса Х считаются самыми мощными из всех изученных по силе рентгеновского излучения. В большинстве случаев, они не долетают до планеты, но оказывают немалое влияние на ее магнитное поле.
Энергию, выделяемую супервспышками, можно сравнить со взрывами триллионов мегатонных атомных бомб. Нередко они сопровождаются корональными выбросами массы. Так называют триллионы тонн вещества, движущегося со скоростью несколько сотен км/с. Добравшись до нашей планете, они вступают в контакт с ее магнитосферой, вызывая сбои технических устройств.
Слои солнечной энергии добираются до Земли с различной скоростью:
- Рентгеновское излучение за 8 минут;
- Тяжелые элементы за несколько часов;
- Плазменные облака от корональных выбросов за 2-3 суток.
Геомагнитные колебания оказывают немалое влияние не только на радиоэлектронику, но и на здоровье человека.Сбои в магнитном поле Земли проявляются неожиданной головной болью, скачками артериального давления, обострением хронических недугов. В это время в 5 раз увеличивается количество суицидов, на 15% учащаются инсульты и инфаркты.
К счастью, человеческому организму свойственна не только повышенная чувствительность, но и быстрое привыкание к повторяющимся явлениям. Солнечные вспышки происходят с определенной периодичностью, но чувствуем мы лишь наиболее сильные.
Видео
Повторение сильной солнечной бури 1859 г. могло бы стать «космической Катриной», приводя к повреждениям спутников, энергосистем и систем радиосвязи общей стоимостью в миллиарды долларов.
28 августа 1859 г., едва лишь на американские континенты опустилась ночь, повсюду засияли призрачные отблески полярного сияния. Как будто яркое полотно занавесило все небо от штата Мэн до восточной оконечности Флориды. Жители Кубы наблюдали зарево прямо над своими головами. В это же время в бортовых журналах на судах вблизи экватора появились записи о некоем малиновом свете, достигающем полпути до зенита. Многим людям казалось, что их город объят пламенем. Показания научных приборов во всем мире, фиксирующие минутные изменения магнитного поля Земли, оказались за пределами допустимой шкалы; в телеграфных системах произошел сильный скачок напряжения. Весь следующий день телеграфисты в Балтиморе трудились с восьми утра до десяти вечера, чтобы передать печатный текст, состоящий всего из четырехсот слов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Солнечная буря 1859 г. была самой сильной их всех когда-либо зафиксированных. Полярные сияния озарили все небо далеко на юг, до Карибских островов, стрелки магнитных компасов крутились как сумасшедшие, телеграфные системы вышли из строя.
Согласно анализу слоев ледяной коры, подобный выброс частиц Солнцем происходит только раз в 500 лет. Тем не менее даже не столь сильные солнечные бури, наблюдаемые раз в 50 лет, могли бы сжечь искусственные космические спутники, породить большие помехи в радиовещании и вызвать глобальное отключение электричества.
Высокая цена ущерба, наносимого солнечными бурями, оправдывает внедрение систематических наблюдений за Солнцем, а также необходимость серьезной защиты спутников и наземных энергосистем.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Сразу же после полудня 1 сентября английский астроном Ричард Каррингтон (Richard Carrington) сделал набросок группы солнечных пятен необычно больших размеров. В 23:18 ученый стал свидетелем интенсивного белого свечения с двух направлений локализации солнечных пятен. Он напрасно пытался привлечь чье-либо внимание в обсерватории к этому удивительному пятиминутному спектаклю - уединенно работающие астрономы редко находят аудиторию, разделяющую их энтузиазм. 17 часов спустя по всей Америке вторая волна полярного сияния превратила ночь в день даже далеко на юге, в Панаме. В газетах появились сообщения о малиновом и зеленом свечении. Золотоискатели в Скалистых горах проснулись и позавтракали в час пополуночи, думая, что Солнце уже взошло в облачном небе. Телеграфные системы перестали работать в Европе и Северной Америке.
ОБЫЧНЫЕ УСЛОВИЯ. Магнитное поле Земли обычно отклоняет солнечные заряженные частицы, формируя магнитосферу, область пространства, напоминающее формой каплю (на илл.). Со стороны Солнца граница этой области - магнитопауза - находится на расстоянии около 60 тыс. км от нашей планеты.
ПЕРВЫЕ СТАДИИ УДАРА. Когда после вспышки происходит выброс вещества из солнечной короны, т.н. корональные выбросы массы, эти облака плазмы сильно искажают магнитосферу. В крайнем случае при очень сильной солнечной буре возможно даже проникновение магнитопаузы в радиационные пояса Земли и их уничтожение.
РАЗРЫВ И ПЕРЕСТРОЙКА ЛИНИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. Солнечная плазма обладает собственным магнитным полем и, распространяясь к нашей планете, порождает возмущения в магнитном поле Земли. Если поле плазмы направлено в противоположную сторону от магнитного поля Земли, то они могут соединиться, или может произойти разрыв, высвобождающий магнитную энергию, которая ускоряет заряженные частицы, порождая таким образом яркое полярное сияние и сильные электрические токи.
УДАР КОРОНАЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ МАССЫ
Представители средств массовой информации в тот день бросились на поиски специалистов, способных объяснить феномен, но тогда и сами ученые совершенно не знали причин появления такого полярного сияния. Метеориты, пришедшие из космического пространства, или отраженный свет полярных айсбергов, или некое подобие белых ночей на больших высотах? Это было Великое полярное сияние 1859 г., возвестившее приход новой научной парадигмы. В журнале Scientific American от 16 октября было отмечено, что «теперь полностью установлена связь между вспышками света на северном полюсе и электромагнитными силами».
Реконструкция событий, случившихся в 1859 г., частично основываясь на схожих (хотя и энергетически более слабых) событиях, зафиксированных современными космическими спутниками. UTC - универсальное координатное время, пришедшее на смену отсчета времени по Гринвичу (в отличие от него, UTC базируется на атомном отсчете времени) (1)
СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА
26 августа
Большая группа пятен появилась на Солнце около 55° западной долготы. Возможно, произошел первый корональный выброс массы.
(2) КОРОНАЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ МАССЫ
28 августа
Корональный выброс массы достиг Земли скользящим ударом - благодаря солнечной широте его источника; магнитное поле выброса было ориентировано на север.
28 августа, 07:30 UTC
Гринвичская магнитная обсерватория обнаружила нарушение - сжатие сигнала в магнитосфере
(3) ТОЧКИ, ГДЕ БЫЛО ЗАФИКСИРОВАНО ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ
28 августа, 22:55 UTC
Начало основной фазы солнечной бури. Большие магнитные возмущения, нарушение работы телеграфа и полярные сияния на юге, до 25°северной широты
30 августа
Завершение геомагнитных возмущений от первого коронального выброса массы
(4) ВСПЫШКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1 сентября, 11:15 UTC
Астроном Ричард Каррингтон (Richard C. Carrington) наряду с другими замечает белые вспышки на Солнце; большая группа солнечных пятен совершила вращение до западной долготы 12°
(5) ТОЧКИ, ГДЕ БЫЛО ЗАФИКСИРОВАНО ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ
2 сентября, 05:00 UTC
Магнитные обсерватории Гринвича и Кью фиксируют геомагнитный хаос, немедленно последовавший за возмущениями; второй корональный выброс массы достиг Земли за 17 часов, двигаясь со скоростью 2380 км/с, обладая южной ориентацией магнитного поля; полярные сияния появляются до 18° северной широты
3–4 сентября
Заканчивается основная фаза геомагнитного возмущения, вызванная вторым выбросом корональной массы; продолжается рассеянное полярное сияние уменьшающейся интенсивности.
СИЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ БУРЯ 1859 г.
Исследования, проведенные с тех пор, позволили утверждать, что северное сияние есть неизбежное следствие событий небывалой мощности, происходящих на Солнце, в результате которых «выстреливаются» облака плазмы, сильно искажающие магнитное поле нашей планеты. Удар солнечной бури 1859 г. был не столь заметен только благодаря тому, что наша цивилизация к тому времени еще не достигла технологических высот. Если бы подобная вспышка произошла сегодня, то разрушений было бы гораздо больше: выведенные из строя космические спутники, сбой радиосвязи, отключение электричества на целых континентах, для восстановления которого потребовались бы недели. Хотя буря такой мощности, к счастью, происходит редко (раз в 500 лет), подобное явление половинной мощности происходит примерно раз в 50 лет. Последняя, случившаяся 13 ноября 1960 г., привела к возмущению геомагнитного фона нашей планеты и остановкам в работе радиостанций. Согласно прямым и косвенным подсчетам ущерба от подобной солнечной бури, без необходимой подготовки к ней она может оказаться подобной урагану или землетрясению небывалой мощи.
Великая буря
Количество солнечных пятен, из которых выходят гигантские трубки силовых линий магнитного поля, растет и убывает в течение в среднем 11-летнего цикла активности. Текущий цикл начался в январе 2008; после половины цикла солнечная активность резко увеличится по сравнению с текущим затишьем. На протяжении предыдущих 11 лет солнечной поверхностью было испущено 21 тыс. вспышек и 13 тыс. облаков ионизированного газа (плазмы). Эти феномены, все вместе и называемые солнечными бурями, происходят из-за неослабевающего перемешивания (конвекции) газов на Солнце. В некоторых случаях существуют наземные бури - с тем важным отличием, что магнитные поля стягивают солнечную плазму, которая управляет их формой и подпитывает энергией. Вспышки - это аналоги световых бурь. Они и становятся источниками частиц высоких энергий и интенсивного рентгеновского излучения, происходящих за счет изменений в магнитном поле на относительно малых (по солнечной шкале) масштабах тысяч километров. Так называемые корональные выбросы массы - аналоги земных ураганов; они представляют собой гигантские магнитные пузыри около миллиона километров в диаметре, которые выбрасывают облака плазмы в миллиарды тонн в пространство со скоростью несколько миллионов километров в час.
Большинство солнечных бурь почти никак не проявляют себя - только в виде полярных сияний, танцующих в небе вблизи полюсов; по силе это явление не уступает ливню с ураганным ветром. Тем не менее время от времени Солнце порождает страшную бурю. Никто из нас, ныне живущих, никогда не испытывал на себе по-настоящему сильную солнечную бурю, но некоторые оставшиеся от нее следы дают исследователям много интересной информации. В данных о ледяной коре Гренландии и Антарктики ученый из Университета штата Мэриленд Кеннет Дж. Маккракен (Kenneth G. McCracken) обнаружил внезапные скачки концентрации сжатого эфира азотной кислоты, которые в последние десятилетия коррелируют с известными выбросами солнечных частиц. Нитратная аномалия, отождествленная с событиями 1859 г., стала самой серьезной за 500 лет, обладая очень точным соответствием сумме всех наиболее значимых солнечных бурь за последние 40 лет.
Несмотря на всю свою мощь, солнечная буря 1859 г. не кажется качественно отличающейся от более слабых солнечных бурь. Нам удалось реконструировать цепь событий прошлого. Мы исходили из современных исторических оценок и использовали измерения более мягких солнечных бурь, полученные спутниками за последние десятилетия.
1. Грядет буря.
Перед сильнейшей бурей 1859 г. на Солнце сформировалась большая группа солнечных пятен вблизи экватора, недалеко от пика цикла пятнообразования. Пятна были настолько большими, что астрономы, такие как Каррингтон, могли видеть их невооруженным глазом (конечно, защищенным). Во время начальных корональных выбросов массы, осуществленных бурей, эта группа пятен была напротив Земли, помещая нашу планету как будто точно в центр некоей космической мишени. Тем не менее цель Солнца не была столь явной. За то время, пока корональные выбросы массы достигли земной орбиты, они были раздуты на характерное расстояние в 50 млн км, что в тысячи раз превышает размеры нашей планеты.
СЕВЕРНОЕ ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ, в Ньярдвике, Исландия, - самое фотогеничное представление солнечной активности. Эти драматические небесные фейерверки происходят, когда заряженные частицы, преимущественно солнечного ветра, проникают в верхние слои атмосферы Земли. Цвета характеризуют эмиссию разных хим. элементов. Сияния обычно наблюдаются в полярных областях, но они могут образовываться и в тропическом небе во время очень сильной солнечной бури.
СЕВЕРНОЕ ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ
2. Первый порыв бури.
Сильнейшая буря породила не один, а два корональных выброса массы. Первый имел около 40–60 часов до прибытия к Земле. Согласно данным магнитометров 1859 г., магнитное поле выброшенной плазмы предположительно обладало спиральным профилем. Когда первая волна ударила о Землю, ее магнитное поле было ориентировано на север. Будучи направленным таким образом, магнитное поле усилило собственное магнитное поле Земли, что свело к минимуму эффект взаимодействия. Корональные выбросы массы сжали магнитосферу Земли - область околоземного пространства, в которой магнитное поле Земли превосходит магнитное поле Солнца - и были зарегистрированы магнитоизмерительными станциями на поверхности Земли как внезапное начало солнечной бури. В остальном же волна прошла незамеченной. Несмотря на то что плазма продолжала распространяться дальше, огибая Землю, магнитное поле плазмы медленно вращалось и через 15 часов воспрепятствовало магнитному полю Земли, а не усилило его. В результате произошел контакт линий ориентированного на север магнитного поля Земли и ориентированного на юг облака плазмы. Далее линии поля разъединились на более простые структуры, порождая огромное количество скрытой энергии. Именно по этой причине работа телеграфа нарушилась, и началось полярное сияние.
Через день или два плазма прошла мимо Земли, и магнитное поле нашей планеты возвратилось в свое нормальное состояние.
3. Вспышки рентгеновского излучения.
Самые большие корональные выбросы массы обычно совпадают с одной или несколькими интенсивными вспышками, и буря 1859 г. не была исключением. Видимая вспышка, которую зафиксировали 1 сентября Каррингтон и другие, обладала температурой около 50 млн градусов Кельвина. Согласно этим оценкам, был испущен не только свет видимого диапазона, но и рентгеновское и гамма-излучение. Это была самая яркая солнечная вспышка, когда-либо зафиксированная, обнаруживающая гигантские энергии солнечной атмосферы. Излучение ударило Землю спустя время, которое понадобилось свету, чтобы дойти до нашей планеты (восемь с половиной минут), гораздо раньше второй волны коронального выброса. Если бы в этом процессе существовали короткие радиоволны, они могли бы оказаться бесполезными за счет распределения энергии в ионосфере: высотные слои ионизированного газа отражают радиоволны. Рентгеновское излучение также нагревало верхнюю часть атмосферы и приводило к тому, что она разрасталась на десятки и сотни километров.
4. Вторая ударная волна.
До того как окружающая плазма солнечного ветра получила достаточно времени для заполнения пустот, сформировавшихся за счет прохождения первой волны корональных выбросов, Солнце породило такую же вторую. При небольшом количестве задерживающего вещества корональный выброс достиг Земли за 17 часов. В этот момент его магнитное поле было ориентировано на юг, и поэтому произошло немедленное геомагнитное нарушение. Оно оказалось настолько неистовым, что сжало магнитосферу Земли (которая обычно простирается на 60 тыс. км) до 7 тыс. км или, возможно, даже до верхней границы стратосферы. Пояса излучения Ван Алена (радиационные пояса), окружающие нашу планету, были временно сорваны, огромное количество протонов и электронов было выброшено в верхние слои атмосферы. Эти частицы могли быть ответственными за интенсивно красное полярное сияние, видимое из большого количества наблюдательных пунктов на Земле.
5. Фотоны, обладающие высокой энергией.
Солнечные вспышки и интенсивные корональные выбросы также ускоряли протоны до энергий в 30 млн Эв или выше. В арктических областях, где магнитное поле Земли создает наименьшую защиту, эти частицы проникали до высот 50 км и давали дополнительную энергию ионосфере. Согласно исследованиям Брайана Томаса (Brian C. Thomas) из Университета Уошберн, протонный ливень солнечной бури 1859 г. уменьшил количество озона в земной стратосфере на 5%. Для восстановления озонового слоя потребовалось четыре года. Наиболее высокоэнергичные протоны с энергиями больше 1 млрд Эв вступили во взаимодействие с ядрами атомов азота и кислорода в атмосфере, порождая нейтроны и создавая аномальный недостаток азотной кислоты. Достигающие земной поверхности ливни нейтронов называются «событиями на поверхности», но технологии не были в состоянии зафиксировать их движение. К счастью, это не было опасно для жизни.
6. Массивные электрические токи.
Поскольку полярные сияния распространяются от высоких широт к низким, сопровождающие их ионосферные и авроральные электрические токи индуцируют интенсивный, соединяющий континенты ток на поверхности Земли. Так эти токи проникли в телеграфную систему. Многоамперные высоковольтные нагрузки привели к тому, что сгорели несколько телеграфных станций.
«Поджаренные» спутники
Когда большая геомагнитная буря случится в следующий раз, первой очевидной жертвой станут искусственные космические спутники Земли. Даже при обычных условиях частицы космических лучей разрушают солнечные батареи, в результате чего их мощность падает на 2% в год. Частицы космических лучей также нарушают работу электроники спутников - много американских спутников связи, таких как Anik Е1, Е2 в 1994 г. и Telstar 401 в 1997 г., были таким образом подвергнуты риску или потеряны. Сильная солнечная буря может послужить причиной сокращения времени жизни спутника - произвести сотни сбоев, от случайных, но безвредных команд до серьезных электрических повреждений.
Частицы высоких энергий разрушают солнечные батареи. Они также проникают внутрь системы и генерируют ложные сигналы, которые могут исказить данные или даже привести к потере управления спутником.
Электроны могут собираться на спутнике и служить причиной статического электричества, которое физически разрушает систему.
ОЩУЩАЯ ГЛАВНЫЙ УДАР
Для того чтобы изучить поведение спутников в условиях сильной солнечной бури, мы моделировали тысячу вариантов возможного ее развития - от обладающей интенсивностью той, что произошла 20 октября 1989 г., до сверхмощной бури 1859 г. Результаты моделирования показали, что бури не только повреждают солнечные батареи спутников, как ожидалось, но и приводят к значимой потере доходов: общий ущерб превысил бы $20 млрд. При расчетах мы предположили, что владельцы и разработчики спутников могли бы уменьшить расход путем поддержания в избытке запасов производительной нагрузки и 10% запасов энергии во время полета спутников. Однако при менее оптимистичных предположениях потери составят около $70 млрд., что сопоставимо с годовым доходом от всех спутников связи. Такая картина верна даже при условии, что не учитывает побочные экономические потери пользователей спутников.
К счастью, геостационарные спутники связи достаточно устойчивы при воздействии одного события в десять лет, и их время жизни растет от пяти лет в 1980 г. до 17 лет сегодня. В солнечных батареях проектировщики заменили силикон на арсенид галлия, увеличив тем самым производительную мощность и снизив массу спутника. Эта замена должна также повысить сопротивляемость к разрушениям, связанным с космическими лучами. Кроме того операторы спутников заранее получают предупреждения о бурях от Центра предсказания космической погоды Национального управления по изучению и освоению океана и атмосферы. Это позволяет спутникам избежать сложных пространственных маневров или других изменений в программе полета во время возможного прихода бури. Такая стратегия несомненно смягчила бы основной удар бури. Для будущих хорошо защищенных спутников проектировщики могли бы сделать более толстой экранировку (чем ниже напряжение солнечных батарей, тем меньше риск статического электричества), добавить дополнительные резервные системы и сделать программное обеспечение более устойчивым к порче данных.
ПРОТОННЫЙ ЛИВЕНЬ
Подобно земным ураганам и грозам, солнечные бури могут причинять ущерб многими способами:
Солнечные вспышки - относительно небольшие взрывы, порождающие излучение. Они вызывают скрытое радиопоглощение в т.н. D-слое земной ионосферы, интерферируя с сигналами спутниковой системы навигации GPS и коротковолновыми приемниками. Вспышки также ударят в верхние слои атмосферы, раздувая ее и увеличивая трение спутников.
Корональные выбросы массы - гигантские пузыри плазмы. Если Земля оказывается на их пути, то они могут индуцировать электрические токи, которые растут в каналах связи, кабелях и трансформаторах.
Протонные ливни - поток обладающих высокой энергией протонов - иногда сопровождают солнечные вспышки и корональные выбросы массы. Они могут повредить данные в электронных цепях, а космонавты и пассажиры самолетов могут получить повышенную дозу радиации.
ПРОТОННЫЙ ЛИВЕНЬ
Трудно уберечься от других последствий сильной солнечной бури. Энергия рентгеновского излучения приведет к расширению атмосферы, усиливая силы трения для орбитальных спутников ниже 600 км (военные, коммерческие, спутники связи). Во время печально известной бури 14 июля 2000 г. японский современный спутник для выполнения задач космологии и астрофизики испытал как раз такие условия. Спутник был принужден к движению с потерей высоты и энергии, что в конце концов привело к его преждевременному выходу из строя пятью месяцами позже. Во время сильной бури спутники на низких орбитах рискуют бы быть сожженными в атмосфере в течение недель или месяцев после начала разгула стихии.
Высвечивание
Некоторые спутники были разработаны специально для учета всех причуд космической погоды. В противоположность им земная энергосистема хрупка даже и во время тихой космической погоды. Каждый год, согласно оценкам Кристины Хамачи-Лакоммаре (Kristina Hamachi-LaCommare) и Джозефа Это (Joseph H. Eto) из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, экономика США получает удар, обходящийся ей в $80 млрд из-за сбоев в электричестве. Во время солнечных бурь возникают совершенно новые проблемы. Большие трансформаторы обладают электрическим заземлением и поэтому восприимчивы к повреждениям, вызванным геомагнитно-индуцированными постоянными токами (ПТ). ПТ течет по контурам заземленного трансформатора и может привести к температурным скачкам в 200° С или выше, вызывая испарение смазочно-охлаждающей эмульсии и буквально поджаривая трансформатор.
Электрические токи в ионосфере индуцируют электрические токи на поверхности и в каналах связи.
ТЬМА НАСТУПАЕТ
Даже если последний избежит такой судьбы, индуцированный ток может привести к насыщению магнитного сердечника за время, равное половине периода переменного тока, назрушая частоту 50 или 60 герц сигналы. Часть энергии может преобразоваться до таких частот, которые электрическое оборудование не сможет отфильтровать. Таким образом, вместо того чтобы гудеть в определенном тоне, трансформатор стал бы вибрировать и издавать хриплые звуки. Поскольку магнитная буря действует на трансформаторы по всей стране, происходящее может быстро перерасти в коллапс системы напряжения всей сети трансформаторов. Сеть работает так близко к границе сбоя, что вывести ее из строя оказалось бы совсем не сложно.
Согласно исследованиям Джона Каппенмана (John G. Kappenman) из корпорации MetaTech, магнитная буря 15 мая 1921 г., случись она сегодня, могла бы привести к сбою электричества на половине территории Северной Америки. Более же сильный шторм, подобный событию 1859 г., мог бы вывести из строя всю сеть полностью.
ОБ АВТОРАХ
Джеймс Грин (James L. Green) - директор отдела NASA по изучению планет. Исследовал магнитосферы планет. Член проекта IMAGE по исследованию магнитосферы. Увлекается историей и работает над публикацией о воздушных шарах в период американской гражданской войны. Прочитал около 200 статей о солнечной буре 1859 г. Стэн Оденуолд (Sten F. Odenwald) - профессор астрономии в Американском католическом университете и исследователь SP-систем в Гринбелте. Признанный автор популярных книг. Работал по контракту в Годдардовском центре космических полетов NASA. Область научных интересов - космический инфракрасный фон и феноменология космической погоды.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
The 23rd Cycle: Learning to Live with a Stormy Star. Stean Odenwald. Columbia University Press, 2001.
The Fury of Space Storms. James L. Burch in Scientific American, Vol. 284, No. 4, pages 86-94; April 2001.
The Great Historical Geomagnetic Storm of 1859: A Model Look. Edited by M.Shea and C.Robert Clauer in Advanced in Space Research, Vol. 38, No. 2, pages 117–118; 2006.