разбор

Видели красивые фотографии полярного сияния в прошедшие выходные? Оно наверняка повторится — и вот как его не пропустить Кстати, правда, что аврора влияет на настроение и ломает технику?

Источник: Meduza

Серия солнечных вспышек 8 и 9 мая привела к сильной геомагнитной буре и впечатляющим полярным сияниям в ночь с 10 на 11 мая над Россией, Закавказьем, Европой, Канадой и США. Полярное сияние наблюдали даже с юга Европы и из Африки, чего не было более десяти лет. «Медуза» отвечает на основные вопросы об этом природном явлении (главный из них: как не пропустить подобную красоту в следующий раз).

Насколько мощной была вспышка? Как часто такие встречаются?

Мощная, но не рекордная. На самом деле недавнее зрелище было связано не с одним, а серией выбросов с Солнца во время нескольких солнечных вспышек. Самая значительная из них достигла уровня Х4. Это самый высокий класс солнечных вспышек, которые делятся на классы А, B, C, M и X — и различаются количеством энергии, выброшенной в момент вспышки. Для сравнения: в 1972 году произошла самая мощная вспышка из зарегистрированных — со значением Х28. Кроме того, 11 мая на Солнце происходили вспышки еще большей интенсивности — Х5,9 и Х8,8, — но их воздействие на Землю оказалось намного слабее.

Однако масштаб тех полярных сияний и магнитных бурь, которые мы наблюдаем на Земле в результате солнечной активности, связан с мощностью вспышек не самым простым образом. Чтобы привести к такому впечатляющему зрелищу, которое мы наблюдали в мае, должен совпасть ряд факторов.

Солнечная вспышка — это выброс жесткого электромагнитного излучения с Солнца: рентгеновских и гамма лучей. Они летят к Земле напрямую и достигают ее примерно за восемь минут, после чего их поглощает наша атмосфера. Мы не видим эти лучи, и они нам никак не угрожают. Но зачастую солнечная вспышка сопровождается еще и корональным выбросом массы — расходящейся волной заряженного вещества с видимой поверхности Солнца. Фактически это плазма: ядра атомов водорода и гелия, а также оторванные от них электроны. Эта волна движется гораздо медленнее, чем свет, и достигает Земли за два-три дня. 

Сама по себе плазма тоже не представляет для нас угрозы, ведь мы находимся под защитой атмосферы. Однако солнечная плазма вступает во взаимодействие с земным магнитным полем. В результате магнитные линии земной магнитосферы начинают колебаться под давлением солнечной плазмы — это и называют геомагнитной бурей. Солнечные электроны, прилетевшие вместе с корональным выбросом массы, захватывает земное магнитное поле и ускоряет их (это пока не полностью изученный процесс). Затем электроны начинают двигаться вдоль линий земного магнитного поля и их поглощает земная атмосфера в районе магнитных полюсов. Ускоренные электроны сталкиваются с молекулами и атомами земной атмосферы, прежде всего кислородом, на высоте 80–200 километров — и в результате столкновений выбрасываются фотоны видимого света, что мы и видим как полярное сияние.

Чем больше электронов прилетело от Солнца — тем выше и ярче аврора и тем шире она расходится от земных полюсов. То есть для повторения недавнего события нужно не только дождаться одной мощной или нескольких сильных солнечных вспышек — еще и расположение Земли должно быть «удачным», чтобы попасть под плотный поток солнечной плазмы. Тогда это приведет к геомагнитной буре с сильными полярными сияниями.

Правда, что теперь такие сияния будут все чаще?

Солнце сейчас проходит пик одиннадцатилетнего цикла активности, и такие вспышки могут повториться в течение года-двух, но потом их частота и мощность пойдет на спад.

Люди давно заметили, что Солнце то покрывается солнечными пятнами, то месяцами существует без них. Подсчитывая количество пятен, астрономы определили, что у Солнца есть цикл примерно в одиннадцать лет («цикл Швабе»): сначала солнечных пятен становится все больше, они становятся источником вспышек и корональных выбросов массы, через несколько лет все стихает, но через одиннадцать лет цикл повторяется. Сейчас мы находимся на пике этого цикла.

Влияют ли такие вспышки на настроение и здоровье людей в принципе?

Либо не влияют, либо это влияние настолько слабое, что до сих пор его не удалось обнаружить. Повторимся, магнитное поле Земли защищает ее жителей от солнечных вспышек, так что общая напряженность магнитного поля даже во время сильнейших бурь не меняется — наблюдаются лишь отклонения в его направленности. Но если бы эта напряженность и менялась, ее, скорее всего, все равно нельзя было бы ощутить. Магнитные поля «силой» даже в миллионы раз больше, чем магнитное поле Земли, никак не ощущаются человеком — это знают все, кто когда-либо проходил магнитную томографию (магнитное поле Земли у поверхности имеет напряженность в десятки микротесла, поле томографа — 1,5–3 тесла).

Чтобы магнитные поля могли влиять на организм, он должен быть чувствителен к магнитному полю. Многие животные (насекомые, птицы) такой чувствительностью обладают, но есть ли она у человека — вопрос очень сложный. Известно, что у человека есть белки криптохромы, которые, как и аналогичные белки других животных, чувствительны к магнитному полю. Кроме того, недавно ученым удалось установить, что статическое магнитное поле может отражаться на активности мозга, измеряемой по ЭЭГ. Однако не ясно, что это говорит о чувствительности к возмущениям магнитного поля по время геомагнитных бурь.

А на технику есть влияние? Что-то может сломаться?

В отличие от человеческого организма, влияние магнитных бурь на технику вполне реально и неоднократно приводило к нарушениям работы электросетей, средств связи и спутниковой навигации. 

На электросети оказывает влияние именно колебание магнитного поля, которое создает эффект электрогенератора и приводит к вырабатыванию избыточного тока в линиях электропередач. Отсюда возникает угроза коротких замыканий, выхода из строя трансформаторов и подстанций. Но чаще всего такое происходит в приполярных регионах, где имеются протяженные высоковольтные линии, в частности, серьезные сбои происходили в Канаде и США в 80-е годы. Для бытовой техники солнечные вспышки не представляют опасности — эффект наведенного электричества сказывается только там, где размеры проводников, выступающих в качестве улавливающей колебания антенны, достаточно большие.

Проблемы со связью и навигацией могут возникать по другой причине — от возмущения земной ионосферы. Это область над Землей на высоте 100–200 километров, то есть переходная область между земной атмосферой и космосом. На этой высоте молекулы газов воздуха начинают распадаться на атомы под воздействием солнечного ультрафиолета и ионизироваться — то есть терять электроны под воздействием заряженных частиц галактического и солнечного излучения. Получившаяся из атмосферы плазма поглощает или отражает радиоволны. В спокойную космическую погоду ионосфера помогает в загоризонтном радиовещании, отражая сигналы обратно на Землю. Но в моменты сильных возмущений магнитного поля и солнечных бурь структура ионосферы может сильно нарушаться, что будет приводить к временному прерыванию или помехам радиосвязи через наземные станции, космические ретрансляторы или вносить помехи в сигналы навигационных спутников.

Еще космические вспышки могут быть опасны для космических аппаратов, поэтому некоторые спутники могут заранее отключать во избежание возможных проблем. Это также может привести к временному прекращению радиовещания.

Как подготовиться к северному сиянию, чтобы в следующий раз его не пропустить?

Можно самостоятельно следить за состоянием земной магнитосферы с помощью сайтов, куда выводят информацию с околоземных спутников. Например, это российский сервис на сайте Лаборатории солнечной астрономии ИКИ РАН и ИСЗФ СО РАН или американский на сайте Национального управления океанических и атмосферных исследований. Либо можно подписаться на соцсети энтузиастов, которые самостоятельно изучают научные данные и предупреждают подписчиков о возможных событиях, достойных внимания. В России таким занимается сообщество AstroAlert.