Солнце запускает солнечную вспышку X-класса, производя выбросы корональной массы в сторону Земли. Активное солнечное пятно AR3777 в начале августа 2024 года вызвало самую мощную из трех солнечных вспышек в этом периоде, отправив еще один корональный выброс массы на Землю с возможной геомагнитной бурей. CME — это мощные взрывы магнитного поля и плазмы, которые возникают из-за солнечных вспышек на Солнце, которые могут привести к мощным геомагнитным бурям на Земле.
Солнечные вспышки класса X являются самым мощным классом солнечных вспышек, и за обозначением X следует цифра от 1 до 9, которая указывает на их мощность, причем 9 — самая высокая. На самом деле, для корональных выбросов массы не существует ограничений по скорости. Извержение 8 августа превысило скорость 2,2 миллиона миль в час (1000 км/с)!
Космический аппарат Solar Orbiter ЕКА предоставил важные данные для ответа на вопрос, который волнует ученые умы уже несколько десятилетий, откуда берется энергия для нагрева и ускорения солнечного ветра. Работая в тандеме с Parker Solar Probe НАСА, Solar Orbiter показывает, что энергия, необходимая для питания этого оттока, поступает из масштабных колебаний магнитного поля Солнца.
Солнечный ветер — это постоянный поток заряженных частиц, который вырывается из солнечной атмосферы (называемой короной) и пролетает мимо Земли. Именно столкновение солнечного ветра с атмосферой нашей планеты вызывает красочное полярное сияние в нашем небе.
«Быстрый» солнечный ветер движется со скоростью более 500 км/с, что эквивалентно колоссальным 1,8 миллионам км/ч. Любопытно, что этот ветер покидает корону Солнца с более низкой скоростью, поэтому что-то ускоряет его по мере удаления. Ветер температурой в миллион градусов естественным образом остывает, расширяясь в больший объем и становясь менее плотным, как воздух на Земле, когда вы поднимаетесь на гору. И все же он остывает медленнее, чем можно было бы ожидать, исходя только из этого эффекта.
Итак, что же обеспечивает необходимую энергию для ускорения и нагрева самых быстрых частей солнечного ветра? Данные с Solar Orbiter ЕКА и Parker Solar Probe НАСА предоставили убедительные доказательства того, что ответ заключается в крупномасштабных колебаниях магнитного поля Солнца, известных как волны Альвена.
«До этой работы волны Альвена предполагались в качестве потенциального источника энергии, но у нас не было окончательных доказательств», — говорит соавтор первой статьи Йейми Ривера из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, Массачусетс.
В обычном газе, таком как атмосфера Земли, единственный тип волн, который может передаваться, — это звуковые волны. Однако, когда газ нагревается до необычайных температур, например, в атмосфере Солнца, он переходит в электрифицированное состояние, известное как плазма, и реагирует на магнитные поля. Это позволяет волнам, называемым волнами Альвена, формироваться в магнитном поле. Эти волны хранят энергию и могут эффективно переносить ее через плазму.
Обычный газ выражает свою запасенную энергию в форме плотности, температуры и скорости. Однако в плазме магнитное поле также запасает энергию. И Solar Orbiter, и Parker Solar Probe содержат необходимые приборы для измерения свойств плазмы, включая ее магнитное поле.
Хотя два космических аппарата находятся на разных расстояниях от Солнца и на совершенно разных орбитах, в феврале 2022 года космические аппараты случайно оказались на одной линии с одним и тем же потоком солнечного ветра.
Parker, работающий на расстоянии 13,3 солнечных радиусов (около 9 миллионов км) от Солнца на самых внешних краях солнечной короны, первым пересек поток. Solar Orbiter, работающий на расстоянии 128 солнечных радиусов (89 миллионов км), затем пересек поток день или два спустя. «Эта работа стала возможной только благодаря особому выравниванию двух космических аппаратов, которые отбирали образцы одного и того же потока солнечного ветра на разных этапах его пути от Солнца», — говорит Йейми.
Используя в полной мере это редкое выравнивание, команда сравнила измерения одного и того же потока плазмы в двух разных местах. Сначала они преобразовали измерения в четыре ключевые величины энергии, которые включали измерение накопленной энергии в магнитном поле, называемое потоком энергии волны.
Поскольку энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только преобразована из одной формы в другую, команда сравнила показания Parker с показаниями Solar Orbiter. Они провели это сравнение как с магнитным энергетическим термином, так и без него.
«Мы обнаружили, что если не учитывать поток энергии волн в Parker, то мы не сможем в точности соответствовать количеству энергии, которое есть в Solar Orbiter», — говорит соавтор Сэмюэл Бадман из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института, Массачусетс.
Вблизи Солнца, где Паркер измерял поток, около 10% всей энергии было обнаружено в магнитном поле. В Solar Orbiter это число упало до всего 1%, но плазма ускорилась и остыла медленнее, чем ожидалось.
Сравнив цифры, группа пришла к выводу, что потерянная магнитная энергия обеспечивала ускорение и замедляла охлаждение плазмы, обеспечивая некоторое собственное нагревание.
Данные также показывают, насколько важны для ускорения ветра магнитные конфигурации, известные как обратные повороты. Возвращения представляют собой большие отклонения линий магнитного поля Солнца и являются примерами волн Альвена. Они наблюдались с первых солнечных зондов 1970-х годов, но частота их обнаружения резко возросла с тех пор, как Parker Solar Probe стал первым космическим аппаратом, пролетевшим через корону Солнца в 2021 году и обнаружившим, что обратные повороты объединяются в участки.
Новая работа подтверждает, что эти участки перегибов содержат достаточно энергии, чтобы отвечать за недостающую часть ускорения и нагрева быстрого солнечного ветра.
«Эта новая работа искусно объединяет некоторые крупные части солнечной головоломки. Все больше и больше данных, собранных Solar Orbiter, Parker Solar Probe и другими миссиями, показывают нам, что различные солнечные явления на самом деле работают вместе, создавая эту необычную магнитную среду», — говорит Даниэль Мюллер, научный сотрудник проекта ESA Solar Orbiter.
И это не просто информация о нашей Солнечной системе. «Наше Солнце — единственная звезда во Вселенной, ветер которой мы можем измерить напрямую. Поэтому то, что мы узнали о нашем Солнце, потенциально применимо, по крайней мере, к другим звездам солнечного типа и, возможно, к другим типам звезд, у которых есть ветры», — говорит Сэмюэл.
В настоящее время группа работает над расширением своего анализа для применения к более медленным формам солнечного ветра, чтобы выяснить, играет ли энергия магнитного поля Солнца роль в их ускорении и нагревании.
Огромное солнечное пятно, ответственное за грандиозные полярные сияния в мае, спровоцировало крупную солнечную вспышку X-класса. Гиперактивная область солнечных пятен в ближайшие месяцы не замедлилась.
Возникшая область солнечных пятен AR3697 дала о себе знать, выпустив еще одну мощную солнечную вспышку X-класса, которая появилась из-за юго-восточного края Солнца. Пик солнечной вспышки пришелся на 10:35 утра по восточному времени (14:35 по Гринвичу) 29 мая 2024 года, вызвав отключение коротковолнового радиовещания по всей Западной Европе и восточной части Соединенных Штатов.
AR3697 — это вернувшаяся версия солнечного пятна AR3664, ответственного за грандиозную геомагнитную бурю G5, которая наблюдалась в середине мая этого же года — самую мощную солнечную бурю с 2003 года, вызвавшую завораживающие полярные сияния по всему миру.
Сразу после вспышки 20 мая детектор энергетических частиц (EPD) космического аппарата Solar Orbiter зафиксировал всплеск ионов, движущихся со скоростью десятков тысяч километров в секунду, и электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.
Совпадая по времени с этим событием, компьютеры на BepiColombo и Mars Express (две планетарные миссии ЕКА) увидели большой скачок в количестве ошибок памяти, вероятно, вызванных попаданием солнечных энергичных частиц в физические ячейки памяти внутри космического корабля. Ученый проекта Mars Express Оливье Витасс отмечает: «Эти технические данные предназначены для мониторинга состояния космического корабля, но это показывает, что их также можно использовать для обнаружения событий космической погоды, чего на самом деле не предвидели!»
Вскоре после этого коронограф Metis аппарата Solar Orbiter увидел, как Солнце вырвало так называемый «выброс корональной массы», а магнитометр MAG зафиксировал его прибытие на космический аппарат примерно через день. Огромный пузырь плазмы, состоящий из заряженных частиц, движущихся со средней скоростью около 1400 км/с, вызвал большие колебания магнитного поля, измеренные на космическом аппарате. Солнце вырвало так много материала, что его даже увидела со стороны Земли миссия ESA/NASA SOHO.
Эти различные наборы данных позволяют отслеживать движение частиц и электромагнитных полей от этого массивного выброса по всей Солнечной системе. Это, в свою очередь, помогает повысить точность моделирования солнечной активности.
Сильнейшая вспышка самого высокого класса Х произошла на Солнце 27 мая, сообщили ТАСС Институте прикладной геофизики (ИПГ).
«В 10.08 мск в рентгеновском диапазоне зарегистрирована вспышка X2.9 продолжительностью 36 минут», — сообщили в ИПГ. Вспышка уже привела к нарушению коротковолновой радиосвязи.
После серии сильнейших вспышек на звезде в начале мая на Земле началась сильнейшая магнитная буря. Ночью 11 мая она достигла экстремального уровня мощности, который зафиксировали впервые с августа 2005 года.
Восемь сильных вспышек, одна из которых — самого высокого класса Х, произошли на Солнце 29 мая, сообщили ТАСС в Институте прикладной геофизики (ИПГ).
«Высокая активность Солнца в среду привела к серии вспышек класса М и одной вспышке класса Х1.4/2B продолжительностью 87 минут. Эта вспышка сопровождалась выбросом корональной массы, всплесками радиоизлучения и нарушением коротковолновой радиосвязи», — сообщили в ИПГ.
Семь сильных вспышек класса М были зафиксированы в разных группах пятен на Солнце. Первая вспышка М 1.3 продолжительностью 15 минут произошла в 04.06 мск, последняя, тоже M1.3, длиной 28 минут, — в 22.10 мск. Самая сильная вспышка класса M5.7 была зафиксирована в 21.41 мск. Предыдущая вспышка X2.9 была зафиксирована 27 мая.
После серии сильнейших вспышек на звезде в начале мая на Земле началась сильнейшая магнитная буря. Ночью 11 мая она достигла экстремального уровня мощности, впервые с августа 2005 года. Вспышки повлияли на системы передачи информации на планете, к примеру, некоторые спутники Starlink, «выбило» с позиций на орбите.
Солнечные вспышки в зависимости от мощности рентгеновского излучения делятся на пять классов: A, B, C, M и X. Минимальный класс A0.0 соответствует мощности излучения на орбите Земли в 10 нВт на 1 кв. м. При переходе к следующей букве мощность увеличивается в 10 раз. Вспышки, как правило, сопровождаются выбросами солнечной плазмы, облака которой, достигая Земли, могут провоцировать магнитные бури.
11 июня, Solar Orbiter стал свидетелем еще одной солнечной вспышки X-класса, произошедшей на обратной стороне Солнца в AR3664. Понимание поведения активных регионов, таких как AR3664, на протяжении всей их жизни в конечном итоге поможет предсказать, как солнечные вспышки повлияют на Землю. Миссии ЕКА обеспечивают глаза и уши по всей Солнечной системе, используя космическую науку на благо Земли.
Наблюдения Solar Orbiter за обратной стороной Солнца дают представление о том, что будет делать миссия ЕКА по прогнозированию космической погоды Vigil. Наблюдая за левой стороной Солнца (как видно с Земли), космический аппарат предоставил постоянный поток данных в режиме, близком к реальному времени, о потенциально опасной солнечной активности, прежде чем она попадет в поле зрения с Земли.
«Добавление данных Vigil к нашим службам космической погоды может дать нам прогнозы на 4–5 дней раньше для определенных эффектов космической погоды и предоставить больше подробностей, чем когда-либо прежде. Такие ранние предупреждения дают астронавтам время укрыться, а операторам спутников, электросетей и телекоммуникационных систем — время принять защитные меры», — говорит Джузеппе Мандорло, руководитель проекта Vigil в ЕКА.
Ученые зарегистрировали на Солнце пять мощных вспышек 14 июля, одна из них была высочайшего класса Х, сообщили ТАСС в Институте прикладной геофизики (ФГБУ «ИПГ»).
«14 июля в 05:34 мск в рентгеновском диапазоне в группе пятен 3738 (S12W39) зарегистрирована вспышка X1.3 продолжительностью 29 минут», — сообщает ИПГ.
Кроме того, в ночь на воскресенье произошли вспышки М5.0, М2.7, М1.7, а утром — вспышка М3.0.
После вспышек уровень влияния солнечных рентгеновских всплесков на ионосферу Земли, согласно данным космической погоды, находился на уровне R3 (сильно) по шкале из пяти показателей, где самый высокий — R5 (экстремально).
Ученые зарегистрировали восемь мощных вспышек класса М на Солнце 28 июля, сообщили ТАСС в Институте прикладной геофизики (ФГБУ «ИПГ»).
Первая вспышка (М7.9) произошла в 04:51 мск, а последняя (М1.7) — в 17:22 мск. Вспышки были зарегистрированы в разных группах пятен на Солнце.
Самую мощную вспышку, близкую к классу Х, ученые зафиксировали в 04:57 мск. «в рентгеновском диапазоне в группе пятен 3766 (S07E10) зарегистрирована вспышка M9.9 продолжительностью 8 минут», — сообщает ИПГ.
Кроме того, после серии вспышек уровень влияния солнечных рентгеновских всплесков на ионосферу Земли поднялся до R2 (умеренно) по шкале из пяти показателей, где самый высокий уровень — R5 (экстремально). Согласно мониторингу космической погоды, четыре вспышки (М1.6, М9.9, М7.9, М7.8) сопровождались нарушением КВ-радиосвязи.
Ученые зарегистрировали трeтью за июль вспышку высочайшего клаccа X на Cолнце 29 июля, сообщили ТАСС в Институте приклaдной геофизики (ФГБУ «ИПГ»).
«29 июля в 05:37 мcк в рентгеновском диaпазоне в группe пятен 3764 (S05W04) зарегиcтрирована вспышка X1.5 продoлжительностью 10 минyт», — говорится в сообщении.
Ранее сообщалось о вcпышках X1.2 (14 июля) и X1.9 (16 июля).
Солнечные вспышки в зaвисимости от мощности рентгеновского излyчения делятся на пять классов: A, B, C, M и X. Минимaльный класс A0.0 cоответствует мощности излучения на оpбите Земли в 10 нановатт на 1 кв. м. При переходе к следyющей букве мощность увеличивaется в 10 раз. Вcпышки, как правило, сопрoвождаются выбросами cолнечной плазмы, облака котoрой, достигая Земли, могут провoцировать магнитные бури
Ученые зарегистрировали пять мощных вспышек на Солнце 14 августа, одна из них была высочайшего класса Х, сообщили ТАСС в Институте прикладной геофизики (ФГБУ «ИПГ»). Отмечается, что вспышка сопровождалась нарушением КВ-радиосвязи.
«14 августа в 09:40 мск в рентгеновском диапазоне в группе пятен 3784 (N13E04) зарегистрирована вспышка X1.1 продолжительностью 58 минут», — говорится в сообщении. Кроме того, ученые зарегистрировали вспышки М1.3, М1.2, М4.2 и М4.4. Первая произошла 14 августа в 01:45 мск.
После серии вспышек уровень влияния солнечных рентгеновских всплесков на ионосферу Земли, согласно данным космической погоды, достиг R3 (сильно) по шкале из пяти показателей, где самый высокий — R5 (экстремально).
Май 2024 года уже оказался особенно бурным месяцем для Солнца. В течение первой полной недели мая шквал крупных солнечных вспышек и корональных выбросов массы (CME) запустил облака заряженных частиц и магнитных полей в сторону Земли, создав самую мощную солнечную бурю, достигшую Земли за два десятилетия, — и, возможно, одно из самых мощных проявлений полярных сияний, зарегистрированных за последние 500 лет.
«Мы будем изучать это событие годами», — сказала Тереза Нивес-Чинчилла, исполняющая обязанности директора Управления анализа космической погоды NASA Moon to Mars (M2M). «Это поможет нам проверить пределы наших моделей и понимания солнечных бурь».
Первые признаки солнечной бури начались поздно вечером 7 мая с двух мощных солнечных вспышек. С 7 по 11 мая несколько мощных солнечных вспышек и по меньшей мере семь корональных выбросов корональной массы устремились к Земле. Восемь вспышек в этот период были самого мощного типа, известного как X-класс, с самым сильным пиком с рейтингом X5.8. (С тех пор тот же солнечный регион выпустил еще много крупных вспышек, включая вспышку X8.7 — самую мощную вспышку, замеченную в этом солнечном цикле — 14 мая.)
Двигаясь со скоростью до 3 миллионов миль в час, корональные выбросы массы собрались в волны, которые достигли Земли, начиная с 10 мая, создав продолжительную геомагнитную бурю, которая достигла рейтинга G5 — самого высокого уровня по шкале геомагнитных бурь, не наблюдавшегося с 2003 года.
«Все корональные выбросы массы произошли практически одновременно, и условия были как раз подходящими для возникновения по-настоящему исторического шторма», — сказала Элизабет Макдональд, руководитель гражданской научной группы по гелиофизике НАСА и ученый-космонавт в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
Когда шторм достиг Земли, он создал яркие полярные сияния, которые можно было увидеть по всему миру. Полярные сияния были видны даже на необычно низких широтах, включая юг США и север Индии. Самые сильные полярные сияния наблюдались ночью 10 мая, и они продолжали освещать ночное небо в течение всех выходных. Тысячи отчетов, отправленных на финансируемый NASA сайт гражданской науки Aurorasaurus, помогают ученым изучать это событие, чтобы узнать больше о полярных сияниях.
«Камеры — даже стандартные камеры мобильных телефонов — стали гораздо более чувствительны к цветам полярного сияния, чем раньше», — сказал Макдональд. «Собирая фотографии со всего мира, мы получаем огромную возможность узнать больше о полярных сияниях с помощью гражданской науки».
Согласно одному из показателей силы геомагнитной бури, называемому индексом времени возмущения бури, который датируется 1957 годом, эта буря была похожа на исторические бури 1958 и 2003 годов. А с сообщениями о полярных сияниях, видимых вплоть до 26 градусов магнитной широты, эта недавняя буря может конкурировать с некоторыми из самых низкоширотных наблюдений полярных сияний, зарегистрированных за последние пять столетий, хотя ученые все еще оценивают этот рейтинг.
«Немного сложнее оценивать штормы с течением времени, потому что наши технологии постоянно меняются», — говорит Делорес Книпп, профессор-исследователь в отделе аэрокосмической инженерии Smead Aerospace Engineering Science Department и старший научный сотрудник в обсерватории NCAR High Altitude Observatory в Боулдере, штат Колорадо. «Видимость полярного сияния — не идеальный показатель, но он позволяет нам сравнивать на протяжении столетий».
Макдональд призывает людей продолжать отправлять сообщения о полярных сияниях на сайт Aurorasaurus.org, отмечая, что даже те, которые не наблюдались, представляют ценность, поскольку помогают ученым понять масштабы события.
В преддверии шторма Центр прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований, отвечающий за прогнозирование последствий солнечных бурь, разослал уведомления операторам электросетей и коммерческим спутникам, чтобы помочь им смягчить возможные последствия.
Предупреждения помогли многим миссиям NASA подготовиться к шторму, и некоторые космические аппараты заранее отключили определенные приборы или системы, чтобы избежать проблем. ICESat-2 NASA, изучающий полярные ледяные щиты, перешел в безопасный режим, вероятно, из-за возросшего сопротивления из-за шторма.
Более точные данные о том, как солнечные события влияют на верхнюю атмосферу Земли, имеют решающее значение для понимания влияния космической погоды на спутники, пилотируемые миссии и наземную и космическую инфраструктуру. На сегодняшний день в этом регионе существует лишь несколько ограниченных прямых измерений. Но их будет больше. Будущие миссии, такие как Geospace Dynamics Constellation (GDC) и Dynamical Neutral Atmosphere-Ionosphere Coupling (DYNAMIC) от NASA, смогут увидеть и измерить, как именно атмосфера Земли реагирует на притоки энергии, которые происходят во время солнечных бурь, подобных этой. Такие измерения также будут ценны, поскольку NASA отправляет астронавтов на Луну с миссиями Artemis, а затем и на Марс.