"Извините, придется немного подождать, пока ваша карта пройдет," — сказал молодой, напряженный продавец на вершине горы Худ, штат Орегон, в мае, — "Сегодня полярное сияние убивает наш интернет." Покупательница передо мной нетерпеливо постукивала по прилавку, пока терминал для карт медленно пытался подключиться. "У вас случайно нет наличных?"
"Нет," — ответила покупательница, молодая блондинка в снаряжении бренда REI с головы до пят. Я за ней переминался с одной ноги на другую. Придется ждать еще долго, а у меня тоже нет наличных.
"Жаль," — ответил продавец, — "Эта солнечная буря все портит на вершине горы. Извините за неудобства."
Пока мы стояли в очереди, мы завели разговор о геомагнитной буре, делясь впечатлениями о великолепном небе, которое видели прошлой ночью, и обсуждая лучшие места для наблюдения за полярным сиянием без светового загрязнения. Мы все пришли к выводу, что это уникальное событие для наших широт стоит ожидания в очереди и медленной работы кредитных систем.
Но затем это уникальное событие повторилось снова в июле и еще раз несколько недель назад, в середине августа. Озадаченный этим противоречием, я задумался: "Почему это продолжается?" Чтобы найти ответ на этот вопрос, я потратил много времени на изучение (и последующее восхищение) нашим прекрасным желтым карликом в центре нашей системы (солнцем!). Вот что я узнал.
Солнечная погода (Солнце — смертельный лазер)
Чтобы понять, что происходит с нашей планетой, нужно сначала разобраться, как работает наша местная звезда: наше солнце! Солнце — это не просто большой, постоянный огонь в космосе, это динамичный, массивный объект, в котором каждую секунду происходит невероятное количество химических реакций (серьезно, 9,3 x 10³⁷ ядерных реакций каждую секунду. Это число настолько велико, что его невозможно вообразить). Энергия, выделяемая этими реакциями, в основном превращающими водород в гелий, позволяет нашей маленькой голубой планете поддерживать жизнь — невероятно, правда?
Вместе с огромным количеством реакций внутри, у нашего солнца есть мощное магнитное поле, которое сильно колеблется из-за множества факторов, включая упомянутые реакции и взаимодействие между солнцем и всеми небесными телами, которые его окружают. Из-за этого магнитное поле иногда запутывается само в себе. Это запутывание вызывает накопление давления, которое, когда оно "ломается" и высвобождается, излучает энергию, которая в "миллион раз больше, чем энергия от вулканического извержения на Земле". Так рождается солнечная вспышка.
В большинстве таких событий солнечной вспышки излучается только энергия, но иногда, при особенно сильных запутываниях, вместе с ней выбрасывается и другое вещество. Мы называем это корональными выбросами массы (CME). CME, как и солнечная вспышка, представляет собой мощный выброс энергии, но в данном случае эта энергия немного отличается. Вместо радиации солнце выбрасывает плазму и часть своего магнитного поля. В результате CME также движется от солнца немного медленнее.
Ученые все еще изучают эти два явления на солнце и их взаимосвязь. На данный момент мы знаем, что они могут происходить независимо друг от друга.
Кроме того, у солнца есть свой вид постоянной погоды: солнечный ветер. Этот ветер создается внешней атмосферой реакций на солнце, когда экстремальная жара заставляет поверхностную плазму покидать сильную гравитацию солнца и отправляться в космос. Из-за тех же сил, которые вызывают CME и солнечные вспышки, эти ветра могут изменять свою скорость. При определенных условиях солнечный ветер может достигать Земли, вызывая подобные геомагнитные события и иногда приводя к появлению великолепных полярных сияний. Обычно регулярный солнечный ветер не является проблемой из-за нашего собственного магнитного поля.
Магнитное поле Земли (О, смотрите, там одеяло!)
К счастью, наша планета не беззащитна перед этими мощными силами от солнца. Если бы это было не так, солнечная погода могла бы быть гораздо более смертоносной — разрушая нашу атмосферу и делая Землю непригодной для жизни. Но нам не нужно об этом беспокоиться — у нас есть магнитосфера! Магнитосфера — это научный термин для обозначения области вокруг Земли, на которую влияет ее магнитное поле. Это постоянно изменяющаяся сила, окружающая нашу планету и защищающая нас от солнечного ветра и других космических явлений. Когда солнечная погода сталкивается с этим полем, магнитосфера отклоняет и отталкивает частицы, чтобы они либо отскакивали, либо обходили Землю.
Однако это не идеальный щит. Иногда солнечный ветер может пробить нашу магнитосферу. Магнитосфера нашей планеты, как и магнитное поле на солнце, не является статичной стеной, а постоянно изменяющейся силой, которая окружает нас, изменяясь и искажаясь под воздействием солнечного ветра. Из-за этого наша магнитосфера может быть проникнута солнечной погодой при определенных условиях, особенно когда она взаимодействует с более слабыми участками. Когда это происходит, мы наблюдаем геомагнитные бури, полярные сияния и другие подобные явления.
Славь солнце!
Полярные сияния всегда вызывали восхищение — они нашли свое место в самых разных древних легендах, восхищая или пугая тех, кто их наблюдал. Еще до того, как мы поняли науку, стоящую за этим явлением (теория была официально разработана в начале 1900-х годов), мы записывали его эффекты и странные способы, которыми оно влияло на устройства, работающие от электричества.
Одно из самых мощных известных событий, Каррингтонское событие 1859 года, вызвало полярные сияния по всему миру, даже видимые людям, живущим возле экватора. Ближе к полюсам, в северных штатах США, газеты того времени сообщали, что полярные сияния делали небо настолько ярким, что некоторые люди просыпались и начинали готовить завтрак, "потому что думали, что наступило утро". После этого события, которое впоследствии было определено как CME на основе анализа показаний магнитометра, зарегистрированных той ночью, солнце, казалось, успокоилось. С тех пор (в течение 10-го солнечного цикла) солнце оставалось относительно спокойным.
Изучая исторические данные о геомагнитических событиях, мы видим, что, несмотря на то, что в некоторые годы количество бурь было несколько выше, чем в другие, этот рост и спад солнечных событий является довольно нормальным и происходит в определенном ритме.
11-летний солнечный цикл
Одной из главных причин, по которым мы наблюдаем такое увеличение солнечных событий в последнее время, является текущее состояние магнитного поля солнца. Магнитное поле солнца проходит через 11-летний цикл. Примерно каждые 11 лет магнитное поле переворачивается, и северный и южный полюса меняются местами. На полпути к этому переходу солнце достигает своего солнечного максимума. В этот период оно имеет наибольшее количество солнечных пятен и является наиболее активным.
Научное сообщество считает, что 2024 год — это год солнечного максимума, и это относительно ранний солнечный максимум. Мы сейчас находимся примерно в середине солнечного цикла 25, который начался в конце 2019 года. Так что вся активность, которую мы наблюдаем в этом году, связана с реактивностью этой части магнитного поля солнца.
Также стоит отметить, что предыдущие четыре солнечных цикла, циклы 21–24, были необычайно спокойными по сравнению со средними значениями. Поэтому для всех, кому меньше 45 лет, последние несколько лет показались довольно странными — с гораздо большей активностью, чем мы когда-либо видели. Но на самом деле, то, что мы сейчас переживаем, является вполне обычным для солнца.
Неужели солнце вело себя странно в последнее время?
Действительно, солнце было чрезвычайно активным в прошлом году — это был самый активный год за последние два десятилетия.
Конечно, это не только из-за положения нашего солнца в галактике, но и благодаря тому, что в последние десятилетия мы значительно улучшили возможности обнаружения заметных солнечных событий. Благодаря множеству спутников, измеряющих происходящее на солнце, и более быстрому новостному циклу, который принес нам интернет, может казаться, что эти солнечные события происходят с большей частотой. Если бы мы могли сообщать (или твитить) о солнечных событиях с той же частотой, как это делаем сейчас, пятьдесят, сто или даже тысячу лет назад, у нас было бы гораздо лучшее представление о регулярном характере нашего солнца.
Кроме того, с учетом того, насколько наши общества зависят от технологий, становится более заметно, когда эти бури происходят, поскольку они нарушают такие процессы, как работа электричества и интернета. Теперь не только операторы телеграфов страдают от скачков напряжения, мы все остро ощущаем их последствия! Раньше, когда световое загрязнение не было столь значительным, чтобы скрыть небо от современных людей, самым заметным воздействием этих событий было световое шоу в небе, которое, хотя и было впечатляющим и иногда вдохновляло на создание легенд, вероятно, не было столь разрушительным для повседневной жизни.
Наиболее заметное влияние геомагнитных бурь заключается в их способности повреждать устройства, работающие от электричества. Одним из самых серьезных рисков является ущерб для спутников, особенно учитывая, насколько важно для морских и воздушных судов точно определять свое местоположение и местоположение других судов с помощью технологий GPS. Неправильные навигационные данные могут быть опасны, если их не исправить в случаях, таких как воздушные путешествия, и даже если они не представляют угрозы для жизни, могут нарушить работу отраслей, которые на них зависят.
Также было множество случаев, когда эти события повреждали энергосети, не оборудованные для справления с нехарактерными скачками напряжения, вызванными бурями. В большинстве этих случаев это приводило к отключению электричества, но были случаи, когда скачки напряжения вызывали пожары и даже существовали древние отчеты о том, как операторы телеграфных аппаратов получали электрические удары.
Конечно, любой риск для нашей энергосети может представлять угрозу для тех, кто зависит от электричества для выживания. Особенно уязвимы те, кого поддерживают медицинские аппараты. Кроме того, если отключение энергосети произойдет в особенно жаркий или холодный день, это также может представлять опасность для тех, кто чувствителен к температуре. И если, не дай бог, геомагнитная буря серьезно повредит энергосеть, мы можем столкнуться с кризисами из-за длительных периодов отсутствия электричества в зависимых от него сообществах.
Человеческое здоровье: что наверху, то и внизу
Хотя об этом меньше говорят, такие события солнечной погоды могут также представлять огромный риск для астронавтов, находящихся на орбите вокруг Земли. Поскольку эти события увеличивают количество радиации в космосе, они могут представлять значительные угрозы для здоровья — те самые ужасные, которые вы ожидаете при сильном облучении. К счастью, МКС тесно сотрудничает с агентствами, которые мониторят события солнечной погоды и могут информировать астронавтов о необходимости укрыться в зонах станции, лучше защищенных от радиации. Благодаря нашей способности быстро обнаруживать подобные явления, наши астронавты могут проявлять повышенную осторожность, когда солнце излучает радиацию.
Кроме того, растет количество исследований, указывающих на то, что подобные возмущения могут оказывать влияние на психологическое здоровье нас, людей, находящихся на поверхности Земли. Одно исследование 2005 года под названием "Геомагнитные бури и их влияние на функциональное состояние человеческого мозга" показало, что некоторые пациенты с большей вероятностью чувствовали слабость, недомогание и испытывали головные боли во время геомагнитных бурь. Электроэнцефалографические исследования в этом исследовании также выявили функциональные различия в мозге!
К счастью, потенциально негативные эффекты солнечных бурь не являются неизбежными. С развитием новых технологий мы сможем лучше предсказывать их возникновение и предотвращать воздействие на наши технологии. Мы уже очень быстро идентифицируем такие события. С помощью Центра прогнозирования космической погоды NOAA мы можем с разумной точностью предсказывать, произойдут ли бури, за три дня до их удара по Земле. Такое время для подготовки позволяет операторам временно отключить свои спутники (или электростанции), чтобы предотвратить их повреждение в случае необходимости.
Тем не менее, нам еще предстоит пройти долгий путь. Хотя мы можем предсказать, когда буря придет, мы еще не научились точно определять, насколько серьезным будет каждое из этих событий и повлияет ли оно на нас на Земле. С ограниченными представлениями о серьезности и небольшим количеством защит от геомагнитных всплесков, установленных в наших энергосетях, мы по-прежнему остаемся уязвимыми перед бурями.
Хотя вероятность геомагнитной бури, которая разрушит энергосеть, низка, странно, что мы не уделяем особого внимания разработке мер по подготовке наших электрических систем. Такая подготовка заметно затратна, но стоимость готовности намного ниже, чем стоимость ремонта ущерба, нанесенного таким событием.
В этих инициативах важно, чтобы весь мир сотрудничал. Чем больше мы знаем и чем больше знаний мы делимся, тем лучше мы сможем эффективно улучшать нашу защиту от воздействия солнечной погоды на нашу планету.
Медленно, но верно маленькие точки загрузки на картридере мигали по очереди, пока не появился галочка. Молодой продавец в магазине на вершине горы Худ с облегчением выдохнула, что даже ее окрашенная челка взлетела вверх, когда машина исправно выплюнула короткий чек.
Покупательница в снаряжении REI схватила чек и счастливо пошла прочь, с сувениром в руке, также облегченная тем, что ей больше не придется ждать.
Продавец наклонилась ко мне с широкой улыбкой — моя очередь заказывать, "Извините за ожидание — но ведь стоило того, правда? Это полярное сияние просто великолепно."
Я ответил ей улыбкой: "Боже, да. Какой невероятный вид."
