NOAA переписывает книгу о том, как ранжировать солнечные бури: возможности, наука и наше понимание науки — многое изменилось, за последние 25 лет многое изменилось в космической погоде. Технологии улучшились, и ученые получили знания об экстремальных явлениях космической погоды после исторических геомагнитных бурь, таких как солнечная буря Хэллоуин в октябре 2003 года и событие Ганнона в мае 2024 года. Заглядывая в будущее, ученые Центра прогнозирования космической погоды (SWPC) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) теперь ищут способы лучше информировать общественность о явлениях космической погоды, которые могут повлиять на Землю. Вот почему NOAA просит общественность высказать свое мнение о том, как переписать свои шкалы космической погоды.
Геомагнитные бури содержат заряженные солнечные частицы, которые магнитным полем Земли направляются к полюсам, где они взаимодействуют с атмосферой, создавая яркие полярные сияния. Мэтью Доминик/NASA/X
NOAA опубликовало запрос в сотрудничестве с Национальной метеорологической службой (NWS), в котором организациям и общественности предлагается поделиться информацией о том, какие изменения могли бы помочь обновить шкалы космической погоды (период подачи заявок уже закончился). Цель состоит в том, чтобы облегчить понимание условий космической погоды, которые могут возникнуть, и того, как они могут повлиять на людей в космосе и на Земле, а также на различные системы, которые были затронуты в прошлом.
Иллюстрация выброса корональной массы, воздействующего на атмосферу Земли. Марк Гарлик/Science Photo Library
Шкалы космической погоды NOAA были созданы в 1999 году, когда космическая погода начала набирать популярность с появлением новых технологий для изучения погоды в открытом космосе. Космические аппараты были оснащены различными приборами для изучения солнечного ветра, а также для наблюдения за активностью Солнца. Они были смоделированы по образцу существующих шкал, используемых для классификации метеорологических событий на Земле. Шкалы описывают три типа воздействия на окружающую среду, основаны на трех основных группах воздействий, возникающих в результате солнечных вспышек. Кроме того, каждая из шкал включает в себя сведения о том, насколько вероятно, что каждый тип события произойдет в среднем, и тип интенсивности, связанный с каждым уровнем.
Для геомагнитных бурь категории масштабов фокусируются на воздействии на работу космических аппаратов, электросетей и другой наземной инфраструктуры.
Шкала геомагнитных бурь NOAA. NOAA/SWPC
В категориях солнечной радиации последствия включают биологическое воздействие на астронавтов и пассажиров самолетов, а также возможное воздействие на спутники и другие системы.
Шкала солнечных радиационных бурь NOAA. NOAA/SWPC
Третья шкала, радиоотключения, фокусируется на влиянии космической погоды на высокочастотную (КВ) радиосвязь, а также на навигационные системы.
Шкала отключений радиосвязи NOAA. NOAA/SWPC
Организации по реагированию на чрезвычайные ситуации, такие как Федеральное агентство по управлению в чрезвычайных ситуациях (FEMA), начали больше спрашивать у SWPC о том, могут ли и как радиоотключения могут повлиять на связь через спутник и мобильные телефоны, основываясь на формулировке шкалы радиоотключений. Другие примеры включали опасения по поводу различных уровней «излучения» от солнечной бури. Операторы космических аппаратов также заинтересованы в новых масштабах космической погоды, поскольку все больше коммерческих компаний полагаются на спутники для предоставления услуг.
Ожидается, что NOAA завершит выводы относительно новых космических погодных условий к концу года, а затем информация будет распространена среди различных правительственных агентств, включая Белый дом, Министерство энергетики, Министерство транспорта и Федеральное управление гражданской авиации (FAA). Результаты будут направлять команды в NOAA и NWS при принятии решений о том, какие изменения необходимо внести в краткосрочной и долгосрочной перспективе.
Индекс запасенной Солнцем энергии достиг рекордных для XXI века значений. Индекс солнечного цикла, показывающий запасённую в звезде энергию, против всех прогнозов достиг практически рекордных для XXI века значений, превысив уровни двух предыдущих солнечных циклов, сообщил РИА Новости руководитель Лаборатории солнечной астрономии ИКИ РАН Сергей Богачёв.
“Поступили и внесены в мировые каталоги данные по индексу солнечного цикла за август 2024 года, которые выглядят исключительно интересными. Согласно ним, среднее значение индекса в августе составило 215.5, что стало абсолютным рекордом не только текущего 25-го, но и предыдущего 24-го солнечного цикла, максимум которого пришёлся на 2012-2014 года”, – сказал Богачёв.
По его словам, более высокие уровни солнечной активности в XXI веке наблюдались только в 2000-2001 годах, на пике развившегося тогда 23-го цикла активности. Причём и тогда высота цикла была ниже, чем сейчас, и составила 213. Более высокое значение, являющееся абсолютным рекордом текущего столетия – 244, было зарегистрировано в июле 2000 года.
Уровень цикла измеряется по количеству солнечных пятен и их групп, видимых за месяц на обращённой к Земле стороне Солнца. Он отражает запасы магнитной и вспышечной энергии, запасённой Солнцем. Такие подсчёты ведутся с 1749 года (развивавшийся тогда солнечный цикл получил номер ноль).
Богачёв подчеркнул, что происходящая сейчас ситуация на Солнце не соответствует сделанным ранее прогнозам. Ожидалось, что максимум будет почти в два раза ниже и точно уступит пикам двух предыдущих циклов. Более того, по его словам, значительная часть учёных полагают, что даже столь высокие значения являются лишь промежуточными, и максимальные активность будет достигнута в 2025 году.
“Выход солнечного цикла на близкие к рекордным значения пока не привёл к синхронному росту вспышечной активности. В настоящее время значительно увеличена частота вспышек и магнитных бурь, но рекордными по силе всё ещё остаются события мая текущего года. Тем не менее риски крупных событий в сентябре очень высоки”, – добавил учёный.
В РАН предупредили об ударе облака солнечной плазмы по Земле 13 сентября. Облако солнечной плазмы ударит по Земле в четверг вечером с вероятностью 99,9 процента, сообщила Лаборатория солнечной астрономии ИКИ и ИСЗФ РАН.
“Поступили результаты моделирования третьего из произошедших за последние дни выбросов плазмы, который все же с вероятностью 99.9 процента на этот раз ударит по планете. <…> На данный момент расчеты показывают приход солнечного вещества завтра около 22 часов по московскому времени”, — говорится в сообщении, опубликованном вечером в 11 сентября.
Как подчеркнули ученые, у используемых моделей на этот раз почти отсутствовала вероятность ошибки. В РАН оценили силу ожидаемой магнитной бури как умеренную.
Модели лаборатории также говорят о высокой вероятности северного сияния в средних широтах.
Особенно активный сезон полярных сияний» может наступить всего через несколько недель. Сентябрь может стать лучшим временем для наблюдения за яркими полярными сияниями благодаря особенности наклона Земли, которая приводит к более интенсивной геомагнитной активности в период равноденствия.
В мае самая мощная геомагнитная буря за последние два десятилетия обрушилась на Землю, вызвав интенсивные проявления северного сияния на юге вплоть до Флориды и Мексики. Гарантий нет, но есть основания полагать, что в течение нескольких недель по обе стороны от осеннего равноденствия этого месяца (22 сентября) могут быть геомагнитные бури, более интенсивные, чем обычно. Это может означать короткий сезон полярных сияний.
Это происходит из-за так называемого эффекта Рассела-Макферрона, который объясняет, почему периоды вокруг двух равноденствий Земли, в марте и сентябре, часто имеют тенденцию иметь самые красочные полярные сияния.
Солнечный ветер — это поток заряженных частиц от Солнца, который внезапно усиливается в результате солнечных вспышек и корональных выбросов массы (CME) — мощных выбросов радиации и солнечного материала. Магнитная активность на Солнце имеет цикл, который длится 11 лет. Она должна достичь пика прямо сейчас. Однако не поэтому сезон полярных сияний может быть неизбежен. Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы солнечного ветра попадают в магнитное поле Земли и сталкиваются с молекулами кислорода и азота в атмосфере; это возбуждает молекулы, заставляя их излучать свет ярких цветов.
В то время как магнитное поле Земли и поле солнечного ветра обычно не совпадают, благодаря эффекту Рассела-Макферрона, магнитные полюса Земли наклонены во время равноденствий, чтобы легче принимать заряженные частицы. Поскольку направленные на юг магнитные поля внутри солнечного ветра нейтрализуют направленное на север магнитное поле Земли, в магнитосфере Земли открываются трещины, заставляя солнечный ветер легче течь вдоль линий магнитного поля. Такая геометрия хорошо подходит для Северного полушария, поскольку во время равноденствия в сентябре 12 часов темноты следуют за 12 часами дневного света.
За последние дни на Солнце было зарегистрировано сразу несколько выбросов плазмы, однако все они были направлены мимо Земли. Часть плазменных облаков была выброшена с обратной стороны Солнца и при таком положении, в принципе, не рассматривалась как опасная. А вот 7 сентября, на видимой стороне нашей звезды произошёл крупный выброс, который мог задеть наше планету своим краем. Это стало причиной прогнозирования на вечер вторника 10 сентября магнитных бури слабого и среднего уровня класса G1 – G2.
9 сентября Солнце выбросило новую крупную массу плазмы, и на этот раз практически точно в направлении на Землю. Вероятность лобового удара нового облака по нашей планете составляет более 90%.
Как сообщается на сайте Лаборатории солнечной астрономии ИКИ РАН и ИСЗФ СО РАН, на космических снимках наблюдается облако солнечного вещества, размерами около 30 миллионов километров, движущееся со скоростью примерно 800 км/с.
Хотя в августе 2024 года число солнечных пятен на Солнце достигло очередного 20-летнего максимума, недавние солнечные вспышки пока не превзошли две солнечные вспышки сентября 2017 года. Одна из этих вспышек, произошедшая семь лет назад, 10 сентября 2017 года, до сих пор удерживает непобитые рекорды.
В сентябре 2017 года наступила фаза спада предыдущего солнечного цикла (солнечный цикл 24), пик которого пришелся на 2014 год. После периода низкой солнечной активности на сцену быстро вышла активная область AR 12673. AR 12673 произвела ряд солнечных вспышек X-класса, наиболее заметными из которых были 6 и 10 сентября 2017 года.
Первоначально эти вспышки были зарегистрированы как X8.2 и X9.3, но позже переклассифицированы как X13.3 и X11.8 после повторной калибровки вспышек NOAA в 2020 году. Эти классы вспышек еще не достигли окончательных вершин в текущем 25-м солнечном цикле, несмотря на гораздо более высокие уровни солнечной активности в целом.
Хотя вспышка 10 сентября 2017 года, произошедшая 7 лет назад, была немного меньшей из этих двух вспышек, она установила ряд рекордов, в том числе: самый быстрый магнитный выход, cамое быстрое ускорение CME, самый мощный долговременный источник гамма-излучения.
Солнечные пятна — это области сильного магнитного поля на поверхности Солнца с более низкой температурой (6330 градусов по Фаренгейту или 3500 ˚C), чем окружающая поверхность Солнца (9930˚F или 5500˚C), что придает им более темный вид. Магнитные поля солнечных пятен непрерывно измерялись в течение десятилетий, и хорошо известна корреляция между силой/сложностью магнитного поля солнечных пятен и их способностью вызывать большие солнечные вспышки.
Магнитное поле солнечного пятна может со временем расти или ослабевать, непрерывно развиваясь в течение типичного срока жизни солнечного пятна в несколько недель. В дни, предшествовавшие солнечным вспышкам 6 и 10 сентября 2017 года, AR 12673 произвела одно из самых быстрых проявлений магнитного поля, когда-либо наблюдавшихся в солнечной активной области. Без этого быстрого проявления магнитного поля крупнейшие вспышки солнечного цикла, вероятно, были бы невозможны.
Обсерватория солнечной динамики НАСА сделала это изображение солнечной вспышки (ее можно увидеть в яркой вспышке справа) 10 сентября 2017 года. На изображении показана комбинация длин волн экстремального ультрафиолетового света, которая выделяет чрезвычайно горячий материал во вспышках, который затем был раскрашен. NASA/SDO/Goddard
Солнечные вспышки — это преобразование энергии из магнитной энергии в атмосфере Солнца в ускорение частиц, нагревание солнечной плазмы и излучение света по всему спектру. Примерно в 50% случаев солнечные вспышки связаны с корональным выбросом массы (CME) — извержением солнечной плазмы из атмосферы Солнца.
Солнечные вспышки и корональные выбросы массы часто путают, но их легче различить с помощью следующей аналогии: представьте себе стреляющую пушку. Взрыв пороха, звук взрыва и вспышка из дула можно считать солнечной вспышкой, тогда как корональный выброс массы — это выброшенное пушечное ядро.
Вспышка 10 сентября 2017 года спровоцировала большой выброс корональной массы (CME) над западным краем Солнца, не направленный прямо на Землю. Этот выброс корональной массы, вызванный большой вспышкой, синхронизировался с самым быстрым ускорением корональной массы, когда-либо наблюдавшимся, и одной из самых быстрых начальных скоростей корональной массы (4300 км/с).
Солнечные вспышки излучают свет в большей части спектра, от радиоволн до рентгеновских лучей. Гамма-лучи, самые высокоэнергетические длины волн света, производятся только в самых мощных солнечных вспышках. Вспышка 10 сентября 2017 года не только произвела четкий сигнал гамма-излучения, но и продолжала испускать гамма-лучи в течение более 12 часов. Наблюдаемое космическим гамма-телескопом НАСА «Ферми», это гамма-излучение солнечной вспышки установило рекорд как самый сильный источник гамма-излучения, который когда-либо наблюдался в небе дольше 12 часов.
Наряду с выбросом гамма-излучения, событие также вызвало одну из крупнейших бурь солнечных энергичных частиц, наблюдаемых с поверхности Земли, которая также продолжалась несколько часов. Типичная солнечная вспышка длится десятки минут, а самые крупные вспышки X-класса обычно длятся около часа. Однако некоторые солнечные вспышки, метко названные «длительными событиями», могут продолжаться гораздо дольше часа. Вспышка 10 сентября 2017 года является экстремальным примером этого, и есть веские доказательства того, что вспышка продолжалась более 24 часов , что намного дольше, чем наблюдаемый источник гамма-излучения.