Пик солнечной активности наступит раньше, чем ожидали учёные

По мере того, как Солнце приближается к пику своего текущего солнечного цикла, наша звезда становится всё более активной. И, по мнению учёных, пик такой активности может наступить раньше, чем предполагалось.

Источник изображения: NASA / SDO

Приблизительно каждые 11 лет Солнце переживает периоды низкой и высокой солнечной активности, что связано с количеством солнечных пятен на его поверхности. Эти тёмные области, некоторые из которых могут достигать размеров Земли или даже больше, приводятся в движение сильным и постоянно меняющимся магнитным полем Солнца.

В течение солнечного цикла Солнце переходит от спокойного к интенсивному и активному периоду. Во время пика активности, называемого солнечным максимумом, магнитные полюса Солнца меняются местами. Затем, во время солнечного минимума, на Солнце снова наступает спокойствие. Первоначально прогнозировалось, что пик активности начнётся в июле 2025 года. Теперь эксперты считают, что циклический пик, скорее всего, придётся на середину или конец 2024 года.

Текущий солнечный цикл, известный как 25-й солнечный цикл, был очень активным, более активным, чем ожидалось. Учёные из Центра прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA / NWS) в Боулдере, штат Колорадо, уже отследили больше солнечных пятен, чем было насчитано на пике предыдущего цикла.

«Нет двух одинаковых солнечных циклов», — сказал Марк Миш (Mark Miesch), научный сотрудник Центра прогнозирования космической погоды (SWPC). «Этот солнечный максимум — эквивалент сезона ураганов в космической погоде. Именно в это время мы наблюдаем самые сильные штормы. Но в отличие от сезона ураганов, который длится несколько месяцев, солнечный максимум длится несколько лет».

Повышенная активность также включает в себя сильные солнечные вспышки, выбросы корональной массы и магнитные поля, которые вырываются из внешней атмосферы Солнца. Солнечные бури, порождаемые Солнцем, могут влиять на работу электросетей, GPS и авиации, а также спутников на низкой околоземной орбите. Эти явления также вызывают отключения радиосвязи и даже представляют опасность для пилотируемых космических полётов.

2 октября 2022 г. на Солнце произошла вспышка Х1, запечатлённая Обсерваторией солнечной динамики NASA (SDO). События X-класса — это самые интенсивные вспышки, и они могут повлиять на системы связи на Земле. Источник изображения: NASA / SDO

Известный пример: 29 января 2022 г. на Солнце произошла серия выбросов корональной массы, и это привело к нагреву и расширению внешней атмосферы Земли. В результате этого расширения сгорели 38 из 49 спутников Starlink, запущенных компанией SpaceX.

Но в увеличении активности нет ничего необычного, и оно будет продолжаться по мере приближения солнечного максимума. Солнечные пятна будут формироваться всё чаще, что приведёт к росту активности. «Это абсолютно нормально», — сказал Алекс Янг (Alex Young), помощник директора по науке научного отдела NASA по гелиофизике в Центре космических полётов имени Годдарда (GSFC) в Гринбелте, штат Мэриленд. «То, что мы наблюдаем, в целом вполне ожидаемо. По мере приближения к солнечному максимуму Вы видите, что все больше солнечных пятен появляются в виде сгустков. Иногда эти скопления будут больше и дольше».

На этом изображении показан выброс корональной массы. Магнитное солнечное явление может послать в космос миллиарды тонн плазмы, которая может достичь Земли в период от одного до трёх дней, воздействуя на электронные системы как на спутниках, так и на Земле. Источник изображения: NASA

«По мере того, как мы становимся все более зависимыми от технологий, от электросетей, от спутников, от самолётов и GPS, влияние космической погоды возрастает, поскольку именно эти системы подвержены влиянию солнечных бурь. Хотя этот конкретный цикл не является чем-то выдающимся с точки зрения Солнца, с нашей точки зрения он является таковым», — сказал Миш.

Новые прогнозы солнечного максимума были сделаны под руководством Скотта Макинтоша (Scott McIntosh), заместителя директора Национального центра атмосферных исследований (NCAR), и Роберта Леамона (Robert Leamon), младшего научного сотрудника Института планетарной гелиофизики Годдарда (GPHI), а также их соавторов. Институт представляет собой партнёрство Университета Мэриленда (UMB), округ Балтимор, Университета Мэриленда (UMD), Колледж Парк и Американского университета (AU) с NASA.

Вместо того, чтобы отслеживать солнечные пятна, исследователи сосредоточили внимание на так называемом «терминаторе» — точке, когда активность одного солнечного цикла исчезает с поверхности Солнца, после чего следует резкое увеличение солнечной активности в новом цикле. Солнечные пятна считаются ключевым моментом в прогнозировании солнечных циклов, но Леамон сказал, что он и его коллеги считают, что отслеживание магнитной активности, которая приводит к появлению солнечных пятен, может дать более точные прогнозы. После достижения солнечного максимума активность может сохраняться в течение многих лет.

По словам Леамона, после максимума количество вспышек на Солнце достигает пика. Увеличение происходит на фазе подъёма чётных солнечных циклов и на фазе спада нечётных циклов. «Пик последствий для Земли наступает после максимума, поэтому наибольшие последствия на ближайшие пару лет гарантированы. Именно после максимума ожидается самый большой фейерверк. Даже если солнечных пятен станет меньше, они будут более продуктивными», — сказал он.

Учёные использовали компьютерные модели и данные Обсерватории солнечной динамики NASA (SDO), чтобы создать вид сложного магнитного поля Солнца 10 августа 2018 года. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

«Хотя переход от солнечного минимума к солнечному максимуму обычно занимает около четырёх лет, простого пика для максимума не существует, поскольку Солнце очень изменчиво», — говорит Миш. По словам Янга, иногда во время некоторых солнечных циклов возникают два пика, когда северное и южное полушария Солнца рассинхронизируются. Это может произойти, когда количество солнечных пятен в одном полушарии достигает максимума в другое время, чем в другом полушарии, что приводит к удлинению максимума. «Солнечный максимум может длиться около двух лет, прежде чем всё пойдёт на спад, что означает, что вероятность солнечных бурь может оставаться высокой дольше, чем фактический пик», — считает Миш.

Более позитивным побочным эффектом повышенной солнечной активности являются авроры, «танцующие» вокруг полюсов Земли, известные как северное сияние (aurora borealis) и южное сияние (aurora australis). Когда заряженные частицы из выбросов корональной массы достигают магнитного поля Земли, они взаимодействуют с газами в земной атмосфере, создавая в небе разноцветное свечение.

Гигантское солнечное пятно размером почти 128748 км в поперечнике появилось на Солнце 23 октября 2014 года. Источник изображения: NASA / SDO

Геомагнитные бури, вызванные Солнцем в феврале и апреле, привели к тому, что авроры стали видны там, где их редко можно увидеть, в том числе на юге, в Нью-Мексико, Миссури, Северной Каролине и Калифорнии в США, а также на юго-востоке Англии и в других частях Великобритании. По словам Янга, в зависимости от местности, авроры не всегда видны над головой, но они могут вызывать красочное зрелище на горизонте. По словам Янга, тем, кто хочет увидеть более интенсивные авроры в будущем, возможно, стоит отправиться на Аляску, в Канаду, Исландию, Норвегию, Скандинавию или на верхний полуостров штата Мичиган. «Я видел авроры — это одно из самых удивительных явлений, которые я когда-либо наблюдал», — сказал он.

Хотя наиболее вероятным временем возникновения солнечных бурь является период максимума, они могут произойти в любой момент цикла, сказал Миш. Специалисты Центра прогнозирования космической погоды (SWPC) используют данные наземных и космических обсерваторий, магнитные карты солнечной поверхности и ультрафиолетовые наблюдения за внешней атмосферой Солнца, чтобы определить, когда на Солнце наиболее вероятны солнечные вспышки, выбросы корональной массы и другая космическая погода, которая может повлиять на Землю.

По словам Билла Муртаха (Bill Murtagh), координатора программ центра, прогнозы, наблюдения, предупреждения и оповещения предоставляются тем, кого затрагивает космическая погода, как можно скорее, от нескольких часов до нескольких недель. Солнечные вспышки могут повлиять на связь и GPS практически сразу, поскольку они нарушают ионосферу Земли, или часть верхней атмосферы. Высокоэнергетические частицы, высвобождаемые Солнцем, могут также вывести из строя электронику на космических аппаратах и воздействовать на астронавтов, не имеющих надлежащей защиты, в течение от 20 минут до нескольких часов.

Частицы, посылаемые с большой скоростью от Солнца во время выбросов корональной массы, могут достичь Земли за 30-72 часа, вызывая геомагнитные бури, которые влияют на спутники и создают электрические токи в верхних слоях атмосферы, которые проходят через Землю, оказывая влияние на электросети.

Согласно исследованиям Геологической службы США (USGS), регионы к востоку от Аппалачских гор, на верхнем Среднем Западе и на Тихоокеанском Северо-Западе более подвержены нарушениям в работе электросетей, поскольку земля в этих районах проводит ток по-разному в зависимости от её состава. Бури также влияют на схемы полётов коммерческих авиакомпаний, которым предписано держаться подальше от полюсов Земли во время геомагнитных бурь из-за потери связи или сбоев навигации.

Солнечная вспышка среднего размера и выброс корональной массы вырвались из крупной активной области 14 июля 2017 г. Витки — это частицы, вращающиеся по спирали вдоль линий магнитного поля, которые образовались после взрыва. Изображения были получены в диапазоне длин волн экстремального ультрафиолетового света. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

Предсказать, когда следующая большая солнечная буря повлияет на Землю, довольно сложно. Экстремальные бури случались и раньше, например, одна из них вывела из строя электросеть в Квебеке в 1989 году. «Событие Кэррингтона» 1859 года остаётся самой интенсивной геомагнитной бурей из когда-либо зарегистрированных, в результате которой телеграфные станции искрились и загорались, а небо светилось арктическим сиянием даже в тропических широтах. Если подобное событие произойдёт сегодня, оно может причинить ущерб на триллионы долларов и вывести из строя некоторые электросети на долгое время. «Мы не знаем, когда произойдёт следующая крупная катастрофа. Она может произойти через пару недель или через 50 лет», — сказал Муртаг.

Солнце и его тайны очаровывали человечество на протяжении тысячелетий. Солнце является якорем нашей Солнечной системы и обеспечивает тепло и свет, необходимые жизни для выживания, однако остаётся много вопросов о его внутренних процессах, которые определяют его магнитную активность. Разгадка оставшихся секретов Солнца с помощью таких миссий, как Parker Solar Probe NASA и Solar Orbiter Европейского космического агентства (ESA), может улучшить прогнозы. А у учёных будет шанс изучить Солнце во время полного солнечного затмения 8 апреля 2024 года.