Причуды космической погоды: как возникают магнитные бури

Мы привыкли, что от явлений земной погоды зависят не только наши планы, но и работа экстренных служб, транспорта, крупных и мелких предприятий. Сильный ураган, внезапные морозы, засуха — всё это несёт человеку проблемы. Но помимо погоды земной существует и космическая.

Нет, за пределами атмосферы планеты не гремят грозы, не зарождаются тропические циклоны или смерчи, хотя от космической погоды нормальное функционирование современной цивилизации зависит едва ли не больше, чем от температуры воздуха и скорости ветра. И главный вклад в космическую погоду вносит Солнце и бурные процессы в его атмосфере. К сожалению, их невозможно предсказать за несколько месяцев, а последствия солнечной активности могут очень дорого обойтись землянам.

Вспышки на Солнце

Наверняка многие читатели слышали о вспышках на Солнце. Это грандиозные события, при котором центральная звезда нашей системы выбрасывает в пространство энергию в виде заряженных частиц и электромагнитных волн. Вспышки происходят на определённых участках Солнца и предсказать их можно за несколько суток или часов. Когда энергия вспышки достигает Земли, то вступает во взаимодействие с атмосферой и магнитным полем планеты — именно оно принимает на себя основной удар и задерживает вредное излучение. При этом начинается магнитная буря, которая представляет опасность для электроники и энергосистем.

Энергия вспышек представляет угрозу и для аппаратов в космосе. Спутники, находящиеся на высотах в сотни и тысячи километров над поверхностью планеты, могут выйти из строя, ведь на таком расстоянии магнитное поле чуть слабее, а влияние Солнца увеличивает сопротивление верхних слоёв земной атмосферы.

Например, именно после крупной вспышки на Солнце в 2022 году с орбиты сошли сразу несколько спутников связи компании SpaceX, а в 1979 году по той же причине было принято решение затопить станцию «Скайлэб». Во всех этих случаях энергия вспышки повлияла на плотность крайне разреженного воздуха (а вещество земной атмосферы фактически регистрируется даже в пределах лунной орбиты) и космические аппараты потеряли скорость.

Пустить по ветру

Помимо вспышек, вызвать магнитную бурю может и солнечный ветер. Это движущиеся со скоростью в сотни  километров в секунду потоки из электрически атомов водорода и гелия, которые распространяются во все стороны от Солнца. Солнечный ветер взаимодействует с межпланетной средой, меняет свою плотность и так же влияет на магнитное поле Земли.

Кроме того, магнитные бури провоцируют корональные выбросы массы — плотные и высокоскоростные струи и облака из солнечного вещества, которые образуются в самом разреженном слое звездной атмосферы, короне. Зачастую, их энергия превышает энергию солнечных вспышек, ведь такой выброс состоит не только из атомов гелия и водорода, но и из заряженных частиц, протонов и электронов.

Как видите, космическая погода разнообразна, и почти все её проявления не проходят бесследно для Земли. Самые интенсивные магнитные бури за всю историю наблюдений происходили в XIX веке — например, в 1859 году произошел так называемый солнечный супершторм. Хотя электроники тогда ещё не существовало, но телеграфная связь и электроснабжение были нарушены почти по всему северному полушарию.

В XX веке солнечные вспышки словно щадили Землю и лишь частично нарушали работу энергосистем, преимущественно в Северной Америке. Случись сейчас вспышки и бури, подобные событиям позапрошлого столетия, последствия могут быть критическими: нарушится  спутниковая и обычная связь, навигация, мобильная связь, выйдут из строя компьютеры и смартфоны, платёжные системы окажутся бесполезными. Представьте себе мир, где нет возможности позвонить в другой город, расплатиться банковской картой, высокотехнологичные внутренности которой попросту выжжены потоком высокоэнергетических частиц…

Оптимистический прогноз

Возникает вопрос: раз последствия вспышек и магнитных бурь столь чувствительны для Земли, почему их так трудно предсказать и стоит ли доверять прогнозам на недели и месяцы вперёд?

Дело в том, что точный момент вспышек, которые длятся буквально несколько часов, спрогнозировать невозможно — для этого необходимо направить в раскалённую, радиоактивную атмосферу Солнца  множество аппаратов с чувствительными датчиками. И хотя один из земных автоматических кораблей, зонд «Паркер», приближался к звезде на несколько миллионов километров, создать флотилию из таких зондов сейчас слишком сложно и запредельно дорого.

К тому же, когда потоки частиц и энергетические вспышки летят сквозь межпланетное пространство, они взаимодействуют с имеющимся там веществом и электромагнитными полями (а в космосе далеко не пустота!), и эти процессы невозможно описать современными математическими моделями. Так что прогнозы космической погоды сейчас можно давать максимум на неделю, и чем дольше срок, тем меньше точность.

В России прогнозированием геомагнитной активности занимаются ряд научных учреждений. Это институт прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова и ряд других учреждений. На их сайтах можно узнать о текущем состоянии магнитного поля Земли, о солнечных вспышках и получить прогноз магнитных бурь на сутки или несколько дней вперёд.

И не следует безоговорочно доверять громким заголовкам, которые обещают ухудшение космической погоды, если эти новости не ссылаются на заявления какой-то официальной научной организации.