Суспільство

  ▪   Олег Фея

Сонячні спалахи та магнітні бурі

Фото: NASA
Які процеси відбуваються на Сонці та як вони здатні позначатися на нашій планеті
Матеріал друкованого видання
№ 42 (518)
від 19 жовтня, 2017

На початку вересня на Сонці сталася низка величезних спалахів, а спалах 6 вересня був найпотужнішим за останні 12 років. Спричинені ними магнітні бурі, призвели до збоїв у системі GPS, авіанавігації, на годину на денній стороні Землі зник короткохвильовий зв’язок, а 10 вересня, щоб уникнути впливу чергового спалаху, екіпаж Міжнародної космічної станції був змушений перейти в сховище, обладнане спеціально для таких випадків. Чому ж виникають сонячні спалахи і які наслідки для жителів Землі вони можуть мати?

Після опівночі 2 вересня 1859 року золотошукачі, що базувалися в Скелястих горах, прокинулися від сяйва в небі. Небо було таким яскравим, що дехто з них почав готувати сніданок, подумавши, що вже світанок. Тієї самої ночі жителі кубинської Гавани зауважили, що небо стало «червоним, немов від велетенської пожежі за горизонтом». А мешканці Нью-Йорка збиралися на дахах, щоб насолодитися рідкісним видовищем. З 28 серпня до 4 вересня по всьому світу, від Гаваїв та Ямайки до Чилі та північних районів Австралії, спостерігали північне сяйво, яке в ті дні було важко назвати «північним».

Вранці 1 вересня того самого року астрономи-любителі Річард Каррінґтон і Річард Годжсон спостерігали потужний сонячний спалах, речовина від якого дісталася Землі лише за 18 годин замість звичних трьох-чотирьох днів: вона рухалася із середньою швидкістю 2300 км/с. Це було перше в історії спостереження сонячного спалаху. Він і спричинив найпотужнішу з відомих геомагнітних бур, наслідки якої були важкими: у Північній Америці та Європі пошкодилася телеграфна мережа, деякі станції загорілися. У наш час наслідки бурі такої самої потужності можуть бути набагато катастрофічнішими. 13 березня 1989 року через геомагнітну бурю більше ніж 9 млн жителів канадського Квебеку на 9 годин лишилися без світла, полярне сяйво спостерігалося навіть у Флориді, а дехто подумав, що почалася третя світова — суспільство тоді ще жило в напруженні холодної війни.

Читайте також: NASA повідомило про наближення до Землі великого астероїда

Викид сонячної речовини з велетенської плями розміром 130×34 тис. км спричинив 15 травня 1921 року бурю, відому як Залізнична. Вона пошкодила Нью-Йоркську центральну залізницю, кілька телефонних і телеграфних станцій згоріли, позбавивши зв’язку Східне узбережжя Сполучених Штатів. За моделлю NASA, якби така сама буря сталася в наші дні, без світла могли б лишитися 130 млн жителів США, згоріли б 350 трансформаторів на електростанціях, виникли б проблеми з водопостачанням, їжею, мобільним зв’язком та інтернетом, паливом.
Спалахи класифікуються за інтенсивністю рентгенівського випромінювання на орбіті Землі. Їм присвоюються літери A, B, C, M та X, а також числа від 1 до 9.9 для всіх літер, окрім X, де вони можуть бути вищими. Спалахи на початку вересня класифікували як X9.3 та X8.2. Шкала оцінки логарифмічна, тобто потужність цих двох спалахів різниться приблизно на 13%.

Насправді найчастіше причи­ною магнітних бур стають не самі спалахи, а корональні викиди маси, які нерідко їх супроводжують. Механізм утворення корональних викидів і їхню дію на магнітосферу Землі пояснив старший науковий співробітник Інституту космічних досліджень, кандидат фізико-математичних наук Олексій Парновський: «Сонце складається з різних шарів. У центрі міститься ядро, де відбуваються термоядерні реакції, вище — зона променевого переносу енергії. Ці зони обертаються як одне ціле, там досить висока густина речовини. Ще вище конвективна зона, де відбувається конвекційне перемішування. Тобто знизу підігрівається речовина, вгорі за рахунок випромінювання і викидів у простір вона охолоджується. Цей конвективний процес можна порівняти із закипанням води в чайнику. У конвекційній зоні густина набагато менша, виникає диференційне обертання, тобто на різних відстанях від центру й різних широтах Сонце обертається з різною кутовою швидкістю. Разом із перемішуванням це призводить до того, що в Сонці, яке складається переважно з плазми, тобто іоні­зованого дуже розпеченого газу, складним чином еволюціонують магнітні поля».

Коли магнітні трубки, у яких сконцентровані поля, з якихось причин піднімаються на поверхню Сонця, вони набувають вигляду сонячних плям, або ж активних ділянок, як їх професійно називають. Коли вони виходять за межі поверхні, то опиняються в набагато розрідженішому середовищі й за певних умов у них може відбуватися аналог короткого замикання, коли перекручується петля з магнітним полем (так зване магнітне перез’єднання) і в місці, де петля сама на себе замкнулася, відбувається розрив структури з виділенням великої кількості енергії. Ця енергія набагато перевищує потужність атомних бомб. Вона розсіюється в простір у вигляді електромагнітного випромінювання, а також заряджених частинок високої енергії та супроводжується викидом сонячної речовини. Випромінювання приводить до іонізації денної сторони Землі, верхніх шарів атмосфери, що змінює умови поширення радіосигналів. Потоки заряджених частинок, якщо влучають у Землю, поширюються вздовж силових ліній магнітного поля Землі й висипаються в атмосферу. Такий вигляд має один із механізмів утворення полярних сяйв. Приполярні ділянки атмосфери іонізуються, підвищується радіаційний фон. Це може становити небезпеку для літаків на трансполярних рейсах.

Читайте також: У NASA розкрили особливості першої космічної місії до Сонця

І, нарешті, що відбувається, коли викидається речовина? Вона локалізована за напрямком і може потрапити або ж не потрапити на Землю. Це явище називають корональним викидом маси. Такі об’єкти дуже великі. Коли викиди досягають орбіти Землі, їхні розміри стають порівнянними з відстанню від Сонця до нашої планети. Приблизно 45×15×15 млн км. Величезне утворення. Коли вони потрапляють в магнітосферу Землі, спостерігаються дві речі. Перша виникає завжди — це стиснення магнітосфери викидом. Незначно, але різко збільшується магнітне поле на поверхні планети. Друга виникає не завжди, а тільки якщо магнітне поле у викиді орієнтоване на південь. Воно тоді віднімається від магнітного поля Землі, яке спрямоване на північ, і загальне поле зменшується. Таке зменшення і називають магнітною бурею.

Сонце підпорядковується кільком циклам активності. Найменший, 22-річний, зазвичай розділяється на дві частини по 11 років. Спалахи відбуваються на максимумі циклу й на фазі його завершення. Зараз якраз закінчується 24-й сонячний цикл, їх рахують починаючи з кінця Маундерівського мінімуму сонячної активності в 1715-му.

«Цей цикл нетиповий із багатьох поглядів, — пояснює Олексій Парновський. — Активність була загалом нижчою. Сонце має і довгоперіодичні, вікові варіації активності, які просто зараз склалися на пониження. Був затяжний початок циклу. Кілька років жодної активності. Зазвичай цикли стартують швидше. Тож незрозуміло, яким буде 25-й. Вересневі спалахи найбільші від 2005 року, на який припав кінець минулого циклу».

Проводилося не так багато досліджень впливу магнітних бур та сонячної активності на здоров’я людини, причому частина з них сумнівної якості. У людини немає органів, чутливих до зміни магнітного поля. Щодня ми піддаємося значно сильнішим змінам магнітного поля, ніж ті, що відбуваються під час магнітної бурі. Наприклад, коли спускаємося в метро. При цьому, за результатами досліджень, під час магнітних бур 10–15% людей скаржаться на погіршене самопочуття: підвищується тиск, зростає ризик серцево-судинних захворювань.

Читайте також: NASA вдалося зробити знімки Сонця без плям

Хоч іноді вплив сонячних спалахів та магнітних бур на техніку, особливо супутники, значний, а деякі люди скаржаться на головний біль і підвищений тиск, Сонце все ж таки спокійна зірка, аби його активність мала незворотні катастрофічні наслідки для Землі. Утім, на цьому іноді спекулюють любителі різних апокаліптичних теорій. Наприклад, «кінець світу» від велетенського спалаху пророкували в 2012-му (поряд із «кінцями світу» від удару метеориту, зміни магнітних полюсів Землі, спалаху наднової зірки поблизу Сонця або ж впливу «планети Нібіру»). Справді, 23 липня 2012-го повз Землю промайнув надпотужний викид, який міг би спровокувати бурю, навіть сильнішу за каррінґтонівську. NASA оприлюднило цю інформацію лише два роки потому. Якби він влучив у Землю, то спричинив би значні проблеми для людства, починаючи від тривалого виведення з ладу електромереж у всьому світі й закінчуючи значним опроміненням екіпажів та пасажирів літаків. Для астронавтів і космічних апаратів наслідки могли б бути 
фатальними.