В последнее время белорусы все чаще могут ощутить себя жителями приполярных областей — северное сияние регулярно подсвечивает небеса над страной в красные, зеленые и пурпурные цвета. Причина тому — возмущения геомагнитного поля Земли, которое бомбардируют потоки заряженных частиц, испускаемых подходящим к пику 11‑летней активности Солнцем. Исследователи центральной звезды нашей системы в один голос заявляют, что в следующем году нас ждет еще больше красочных ночных представлений и, возможно, буря исключительной мощности.

Анатомия активности

Центральная звезда нашей системы находится в 149,6 миллиона километров от Земли. Наблюдения позволили обнаружить ряд явлений и процессов, которые получили название солнечной активности. Сегодня нам известно о циклах солнечной активности продолжительностью от 11 лет до 6 тысяч лет.

Наблюдаемые в последнее время геомагнитные бури происходят в рамках 11‑летнего цикла, который стартовал в конце 2019 года, достигнет пика в 2025‑м и закончится в 2030 году.

Наиболее изученный вид солнечной активности сегодня — изменение числа солнечных пятен (областей с температурой около 4000 градусов Цельсия). Они возникают в точках выхода через фотосферу мощных магнитных полей, появляются чаще всего группами, а срок «жизни» пятен может достигать нескольких месяцев.

Снимки из Обсерватории солнечной динамики НАСА, показывающие внешний вид Солнца в период солнечного минимума (слева, декабрь 2019 г.) по сравнению с солнечным максимумом (справа, май 2024 г.).

Сильная деформация магнитного поля Солнца в области пятен приводит к солнечным вспышкам — колоссальным выбросам электромагнитной энергии, по мощности сопоставимым с одновременным взрывом миллионов водородных бомб. Существует закономерность: чем больше пятно, тем сильнее искривлено в этой области магнитное поле и тем сильнее будет выброс.

По интенсивности, которая определяется силой рентгеновского излучения, вспышки на Солнце разделяют на несколько классов: Х — самые мощные, М — средние, С — слабые, А и В — практически незаметные.

В общественном сознании укоренилась не совсем верная мысль о том, что вспышка на Солнце непременно означает, что вскоре начнется геомагнитная буря. На самом деле для запуска этого механизма на Солнце должен произойти корональный выброс массы (КВМ), то есть исторжение из солнечной короны в космос миллиардов тонн плазмы.

Часто он совпадает по времени со вспышкой, однако у современных исследователей нет единого мнения о взаимосвязи этих процессов. Согласно одной гипотезе, которая признавалась научным сообществом до 1980‑х годов, корональные выбросы массы и солнечные вспышки — это разные проявления одного и того же процесса. Теперь существует и другая гипотеза, которая говорит о том, что эти явления могут иметь общий источник энергии. И если накопленной энергии достаточно на реализацию сразу двух явлений, то они возникнут в близких по времени и пространству промежутках. Впрочем, наблюдение за Солнцем с помощью продвинутой аппаратуры показало, что КВМ могут дать о себе знать без сопровождения каких-либо других явлений, что еще ждет своего объяснения.

Основное отличие коронального выброса массы от солнечной вспышки состоит в том, что в ходе вспышки накопленная в пятне магнитная энергия расходуется преимущественно на создание электромагнитного импульса, а в КВМ она ускоряет солнечное вещество.

Чтобы на Земле произошла геомагнитная буря, выброшенные из солнечной короны частицы плазмы должны вступить во взаимодействие с магнитосферой планеты и вызвать усиление кольцевого тока. Сила геошторма зависит от скорости «солнечного ветра», величины магнитного поля и направления «удара» заряженных частиц.

Для описания интенсивности бури применяются два индекса: Kp, где «ноль» означает отсутствие геомагнитной активности, а «девять» — экстремальный геомагнитный шторм, и Dst, который дает информацию о силе кольцевого тока и уменьшается с ростом интенсивности бури. Так, интенсивность самой мощной зарегистрированной геомагнитной бури в истории — события Кэррингтона 1859 года — составила −1760 нанотесла (по другим источникам, не более −850 нанотесла), а сильнейшая в этом столетии буря 10 — 12 мая нынешнего года на пике достигала −412 нанотесла.

Для оценки силы воздействия геомагнитных бурь на природу, человека и инфраструктуру применяют G-индекс, введенный Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США, где G1 обозначает слабую бурю, вызывающую аврору в полярных областях и незначительные колебания в электросети, а G5 — экстремальный шторм, способный привести к масштабным проблемам с энергосетью, серьезным неполадкам в работе спутников и сияниям в субтропиках.

Снимки из Обсерватории солнечной динамики НАСА, показывающие внешний вид Солнца в период солнечного минимума (слева, декабрь 2019 г.) по сравнению с солнечным максимумом (справа, май 2024 г.).

Гнев Гелиоса

На протяжении большей части истории человечество настороженно относилось к иногда возникавшему в ночном небе световому шоу. Как и кометы, полярные сияния считались дурным предзнаменованием грядущих войн, катаклизмов и эпидемий. Как это ни удивительно, но периодически связка действительно работала, что уже в наши дни породило теорию о том, что всплески солнечной активности могут оказывать влияние на коллективное сознание и, как следствие, на ход мировой истории.

А вот негативный эффект от ярости бушующего светила для созданной руками человека инфраструктуры вполне очевиден. Впервые это показало событие Кэррингтона, когда в результате невероятно мощной геомагнитной бури были повреждены километры телеграфных линий и большое количество сопутствующего оборудования, на восстановление которого ушли недели. В ходе шторма полярные сияния наблюдали даже на Карибах, причем они были такой силы, что, по свидетельствам очевидцев, птицы проснулись и запели в два часа пополуночи, а золотоискатели на Западе США принялись готовить завтрак, подумав, что наступило утро.

Британский астроном Ричард Кэррингтон стал первым специалистом, который выстроил связь между пятнами на Солнце, вспышкой и последовавшей за ней геомагнитной бурей. Это представление о природе геоштормов было актуально до момента открытия КВМ в 1980‑х годах.

Впрочем, в 1859‑м человечество только начинало осваивать электричество, на жизнь большей части населения земного шара событие Кэррингтона не оказало особого влияния. Столь же сильных катаклизмов с тех пор не случалось, а уже в XX веке исследователи Солнца подсчитали, что такие «события» происходят примерно раз в 500 лет. Для человечества это хорошая новость, поскольку спустя более чем полтора века электрические сети являются настоящей кровеносной сетью цивилизации и их уничтожение способно вызвать вполне осязаемый конец света. Отчасти мрачная перспектива была обрисована перед человечеством во время Квебекского события в марте 1989 года, когда буря с Dst-индексом в −589 или даже −640 нанотесла вызвала масштабные сбои в энергосистеме канадской провинции Квебек, в результате которых на девять часов миллионы людей остались без электричества.

Главной проблемой в прогнозировании последствий грядущих геоштормов на основе данных о предыдущих катастрофах становится невозможность оценить интенсивность давних катаклизмов и экстраполировать влияние подобных событий на цивилизацию в ее нынешнем состоянии.

Древние катаклизмы

Впрочем, кое-что в этом направлении относительно недавно удалось сделать. Речь об открытии событий Мияке, названных по фамилии аспирантки японского Университета Нагоя Фусы Мияке, которая в 2012‑м, изучая древесину срубленного в 1956 году почти двухтысячелетнего кедра, обнаружила в ней аномально высокое содержание радиоактивного углерода-14. Этот редкий изотоп накапливается в деревьях, когда воздух вокруг насыщен заряженными частицами. В больших количествах ранее его находили в деревьях, заставших эпоху активных ядерных испытаний, однако когда Мияке и ее коллеги проанализировали свой кедр с точки зрения дендрохронологии, то поняли, что содержание углерода-14 выросло в 774 — 775 годах.

В опубликованной в журнале Nature статье Мияке не называла причины столь странного явления, отметив, что вспышка на Солнце или близкий взрыв сверхновой звезды не могли обеспечить такого скачка содержания изотопа. Однако дальнейшие исследования, проводимые и японской группой, и их коллегами из разных стран все-таки привели к доминированию версии о том, что породил аномалию геошторм невиданной мощи.

Сперва ученые доказали, что событие не было локально японским: следы нашли в дубе из Германии, лиственнице с Ямала, сосне из Калифорнии и у деревьев из ряда других регионов, а затем и в пробах льда из Антарктиды. Потом, почти одновременно, была точно определена дата катаклизма (лето 774 года) и обнаружена аналогичная катастрофа, произошедшая в 993‑м. Финальной точкой расследования стала проверка письменных источников той эпохи, которые под указанными датами содержали сведения о явлениях, похожих на полярные сияния, на территории от Ирландии до Кореи. Всего же сегодня известно о восьми событиях Мияке, самое позднее из которых случилось в 7176 году до нашей эры.

Содержание углерода-14 и других радиоактивных изотопов в ледяных кернах и древесине времен событий Мияке превышало норму на 12 процентов. Для сравнения: событие Кэррингтона дало отклонение лишь на доли процента. Часть исследователей посчитали это доказательством чрезвычайной интенсивности бури, другие же заявили, что истинную причину еще предстоит выяснить.

Не так страшно Солнце, как его малюют

Влияние геомагнитных бурь на здоровье человека и на инфраструктуру — одна из главных сегодняшних страшилок. Между тем ряд серьезных геоштормов последних лет не нанесли урона, который бы позволял расценивать их как действительно серьезную угрозу. Так, майская буря высшего класса G5 не вызвала массовых сбоев в работе электросетей — пожалуй, единственным значимым инцидентом оказались локальные отключения в Таиланде, да и те были сделаны управляющей компанией, дабы избежать повторения Квебекского сценария.

Другое дело — рукотворные космические объекты, которым действительно приходится несладко, поскольку в отличие от планеты у них нет надежного щита магнитосферы. Поэтому уничтожение или повреждение спутников в результате солнечного урагана не такая и редкость: в феврале 2022‑го Илон Маск потерял сразу 40 спутников сети Starlink.

Уязвим за пределами земной атмосферы и человек. Поэтому космонавты на МКС не выходят в открытый космос, когда Солнце извергает очередную порцию плазмы, а для особых случаев на станции предусмотрен специальный отсек, оснащенный поглотителями частиц.

А вот о действии на простых землян, вопреки расхожему мнению, известно не так уж много. В лабораторных условиях доказано, что альфа-волны мозга меняются в ответ на колебания магнитного поля, однако конкретные механизмы явления, как и его действие на другие органы, изучены недостаточно. Поэтому специалисты советуют излишне не накручивать себя, однако людям, ранее испытывавшим дискомфорт во время бурь или имеющим хронические заболевания, в такие периоды стоит пристальнее следить за здоровьем.

Подвергаясь воздействию потоков информации о солнечной активности, важно отделять зерна от плевел и дистанцироваться от ловящих хайп блогеров или мастеров кликбейтных заголовков. Настоящего внимания заслуживают лишь профессионалы — астрономы, физики, медики.

В остальном же нам, пожалуй, стоит надеяться на надежность изобретений рук человеческих, которые должны устоять перед натиском возможных бурь и на созданный нам самой природой планетарный щит.

Сетевой апокалипсис

С 2021 года с легкой руки сотрудницы Калифорнийского университета Сангиты Абду Джоти в научных кругах активно обсуждается вероятность интернет-апокалипсиса. В своей статье для сборника работ конференции SIGCOMM она предположила, что сверхмощная геомагнитная буря может так повредить трансконтинентальные подводные интернет-кабели, что даже при сохранении национальной инфраструктуры глобальное отключение продлится месяцы, что неминуемо потянет за собой обрушение экономики. И даже несмотря на то что ученая в итоге призналась, что это просто гипотеза, а термин «интернет-апокалипсис» она придумала, чтобы набрать просмотры, вероятность этого события продолжает быть предметом дискуссий.

НА ГРАНИ ВОЙНЫ

23 мая 1967 года вспышка на Солнце и последующий выброс корональной массы спровоцировали сбой на трех американских станциях раннего оповещения о ракетно-ядерном нападении в Северном полушарии, что едва не привело к атомной войне с СССР, поскольку командование ВВС США решило, что станции ослеплены в результате советской атаки.

ФАКТ

Самой мощной геомагнитной бурей ХХ века стало событие 12 — 15 мая 1921 года, Dst-индекс которого на пике был равен примерно -907 нанотесла. В результате были повреждены телеграфные линии и электросети, возникло несколько пожаров на телеграфных пунктах. Полярное сияние наблюдалось на широте острова Самоа.

ЦИФРА

160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте — примерное энерговыделение сильной вспышки на Солнце.