Примерно раз в тысячу лет на Землю обрушивается экстремальное солнечное событие, которое может нанести серьезный ущерб озоновому слою и повысить уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности. За последнее столетие северный магнитный полюс перемещался по северной Канаде со скоростью около 40 километров в год, и поле ослабло более чем на 6%. Геологические записи показывают, что были периоды в столетия или тысячелетия, когда геомагнитное поле было очень слабым или даже полностью отсутствовало.
Магнитное поле Земли обеспечивает жизненно важный защитный кокон, отклоняя электрически заряженное излучение от Солнца. В нормальном состоянии оно функционирует как гигантский стержневой магнит с линиями поля, поднимающимися от одного полюса, огибающими его и погружающимися обратно вниз на другом полюсе, в узоре, который иногда называют «перевернутым грейпфрутом». Вертикальная ориентация на полюсах позволяет некоторой части ионизирующего космического излучения проникать вниз вплоть до верхних слоев атмосферы, где оно взаимодействует с молекулами газа, создавая свечение, которое мы называем полярным сиянием.
Мы можем увидеть, что бы произошло без магнитного поля Земли, взглянув на Марс, который в далеком прошлом потерял свое глобальное магнитное поле, а в результате и большую часть своей атмосферы. В мае, вскоре после полярного сияния, на Марс обрушилось сильное солнечное событие-частица. Оно нарушило работу космического корабля Mars Odyssey и вызвало уровень радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз выше, чем тот, который вы получили бы во время рентгенографии грудной клетки.
Внешняя атмосфера Солнца испускает постоянный флуктуирующий поток электронов и протонов, известный как «солнечный ветер». Однако поверхность Солнца также время от времени испускает всплески энергии, в основном протонов, в событиях солнечных частиц, которые часто связаны с солнечными вспышками.
Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому они достигают более низких высот в атмосфере Земли, возбуждая молекулы газа в воздухе. Однако эти возбужденные молекулы испускают только рентгеновские лучи, которые невидимы невооруженным глазом.
Сотни событий, связанных со слабыми солнечными частицами, происходят в каждом солнечном цикле (примерно 11 лет), но ученые обнаружили следы гораздо более сильных событий на протяжении всей истории Земли. Некоторые из самых экстремальных были в тысячи раз сильнее, чем что-либо зафиксированное современными приборами.
Экстремальные события солнечных частиц происходят примерно каждые несколько тысячелетий. Самое последнее из них произошло около 993 г. н.э. и было использовано для того, чтобы показать, что в постройках викингов в Канаде использовали древесину, срубленную в 1021 г. н.э.
Помимо непосредственного эффекта, события солнечных частиц могут также запустить цепочку химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые могут истощить озоновый слой. Озон поглощает вредное солнечное ультрафиолетовое излучение, которое может повредить зрение и ДНК (увеличивая риск рака кожи), а также влиять на климат.
Такое событие может истощить уровень озона примерно на год, повышая уровень УФ на поверхности и увеличивая повреждение ДНК. Но если солнечное протонное событие произойдет в период, когда магнитное поле Земли будет очень слабым, то повреждение озона продлится шесть лет, увеличивая уровень УФ на 25% и увеличивая скорость повреждения ДНК, вызванного солнцем, до 50%.
Самый последний период слабого магнитного поля, включая временное переключение северного и южного полюсов, начался 42 000 лет назад и продолжался около 1000 лет. Несколько крупных эволюционных событий произошли примерно в это время, такие как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание сумчатой мегафауны, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии.
Еще более масштабное эволюционное событие также было связано с геомагнитным полем Земли. Происхождение многоклеточных животных в конце эдиакарского периода (565 миллионов лет назад), зафиксированное в окаменелостях в хребте Флиндерс в Южной Австралии, произошло после 26-миллионного периода слабого или отсутствующего магнитного поля.
Аналогично, быстрая эволюция различных групп животных в кембрийском взрыве (около 539 миллионов лет назад) также была связана с геомагнетизмом и высоким уровнем ультрафиолета. Одновременная эволюция глаз и твердых панцирей тела в нескольких неродственных группах была описана как наилучший способ как обнаружить, так и избежать вредных входящих УФ-лучей, в «бегстве от света».
Астрономы из США выяснили, что ударные волны, присутствующие в структуре солнечного ветра, могут сталкиваться с магнитосферой Земли и в некоторых случаях порождать не только яркие полярные сияния, но и мощные электрические токи на поверхности Земли, способные повредить электрические сети, сообщается в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.
Как правило, подобные сбои в работе электросетей обычно возникают во время мощнейших геомагнитных бурь, как это произошло, к примеру, в марте 1989 года в Канаде. Однако и более слабые, но при этом часто возникающие ударные волны могут нести серьёзную угрозу для наземных проводящих сетей.
Исследователи пришли к такому выводу при изучении того, как различные проявления космической погоды влияли на состояние газопровода на юге Финляндии, расположенного в окрестностях общины Мантясяля. Значительная часть этого газопровода находится внутри зоны, где возникают северные сияния. Это позволяет использовать его в качестве научного инструмента, который позволяет отслеживать электрические тока, возникающие на поверхности Земли под действием «космической погоды».
Эксперты изучили, как менялись электрические характеристики данного газопровода с 1995 по 2023 год. Эти замеры исследователи сопоставили с различными проявлениями «космической погоды», которые были зафиксированы зондами Wind и ACE в ближайших окрестностях северного полюса Земли во время особенно ярких вспышек северного сияния.
В общей сложности, исследователи изучили три сотни подобных инцидентов, анализ свойств которых указал на то, что в некоторых случаях в газопроводе возникали необычно сильные электрические токи, которые вызывались столкновением ударных волн солнечного ветра с магнитосферой Земли. Сила этого тока определялась тем, под каким углом сталкивалась ударная волна с магнитной оболочкой планеты, а также положением северного магнитного полюса относительно Солнца и Мантясяля.
Как отмечают астрономы, при определенной комбинации угла столкновения и положения северного магнитного полюса сила подобных наведённых электрических токов может превышать 20 ампер, что может нести существенную угрозу для электросетей и чувствительного оборудования. Это необходимо учитывать при постройке инфраструктуры как в Заполярье, так и соседних с ним регионах Земли, подытожили исследователи.
Мощная магнитная буря, которая обрушилась на Землю в мае 2024-го, вызвала северные сияния даже там, где они почти не отмечаются, к примеру, на севере Мексики, а в России – в Крыму. Она также нарушила работу спутников GPS, что затруднило работу фермеров в США; многие были вынуждены прервать посевные кампании. А вот, что уже можно отнести к более тревожным «звоночкам», так это образование серии ураганов.
Учёные из Университета штата Флорида реконструировали данные о штормах в северо-восточном регионе Мексиканского залива. Затем они сравнили эти данные с колебаниями уровней общей солнечной радиации. Солнечную активность отслеживали по кольцам деревьев – как известно, на её пики и спады указывает содержание углерода−14 в древесине. Результаты показали, что за последние 5500 лет в определённые периоды (11 случаев) частота образования тропических циклонов резко возрастала на 40%. У этих периодов оказалась одна общая черта – Солнце было агрессивным.
Согласно теории учёных, более активное Солнце посылает на Землю больше энергии, которая нагревает океаны и обеспечивает «топливо» для тропических штормов. Сегодня светило находится на пути к своему максимуму. В мае на планете зарегистрировали магнитную бурю мощностью G4 по 5-балльной шкале. Эксперты оценили её как «сильную».
Эти выводы появились в печати в тот момент, когда в Америке уже стартовал сезон ураганов. Он обещает стать рекордным – метеорологи ожидают не менее 20 штормов. Учёные отметили, что, помимо солнечной радиации их усилению также способствуют высокие температуры в Атлантическом океане (близкие к рекордным), развитие погодных условий Ла-Нинья в Тихом океане, ослабление пассатов в Атлантике и меньший сдвиг ветра, сообщает интернет-портал «МИР24» со ссылкой на Science Direct.
Извержения темной плазмы, также называемые «холодными» солнечными вспышками, могут с вероятностью 60 процентов вызвать отключения радиосвязи на Земле, сообщил Daily Mail со ссылкой на данные Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA). «Вспышка может нарушить работу радио, авиационной связи и спутниковой связи, если она произойдет как минимум к пятнице», — пишет издание.
По данным NOAA, приводимым в публикации, вероятность случаев отключения радиосвязи на Земле из-за вспышек составляет 60 процентов.
Так называемые «холодные» солнечные вспышки с более низкой температурой, чем у «теплых» стали предметом серьезного изучения астрофизиками только в последнее десятилетие. Как оказалось, они имеют не меньший уровень микроволнового излучения, чем «теплые» солнечные вспышки, а также производят более высокие пиковые частоты гиросинхротронного излучения — точную форму излучения, отвечающую за интенсивное и разрушительное радиоизлучение вспышки
К примеру, солнечная вспышка от солнечного пятна AR3738 произошла поздно вечером в субботу (13 июля) в 22:34 по восточному времени (02:34 по всемирному времени 14 июля), и Обсерватория солнечной динамики НАСА запечатлела динамическую сцену из космоса. Вспышка вызвала коротковолновые радиопотери в Австралии, Юго-Восточной Азии и Японии вскоре после извержения. Эти потери часто происходят после мощных солнечных вспышек из-за интенсивных всплесков рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения, испускаемого во время этих событий.
Излучение от солнечных вспышек распространяется к Земле со скоростью света и ионизирует (электрически заряжает) верхние слои атмосферы по прибытии. Эта ионизация создает более плотную среду для прохождения высокочастотных коротковолновых радиосигналов, чтобы облегчить связь на большие расстояния. Поскольку радиоволны взаимодействуют с электронами в ионизированных слоях, они теряют энергию из-за участившихся столкновений, которые могут ухудшить или полностью поглотить радиосигналы.