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.
Как магнитное поле Земли (синее) действует как экран против солнечного ветра, состоящего из частиц Солнца (оранжевое). Koya979
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.
Полярное сияние над Ютой с Международной космической станции, сфотографированное 28 октября 2023 года астронавтом 70-й экспедиции. NASA
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
13 июля 2024 года на Солнце произошла солнечная вспышка класса X. NASA/SDO
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.
Отключение коротковолнового радио в Юго-Восточной Азии, Австралии и Японии. NOAA/SWPC
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.