"Самая мощная за пять лет"

— С точки зрения жизни Солнца это абсолютно естественный процесс. В декабре 2019-го начался очередной 11-летний цикл солнечной активности. По прогнозам, он достигнет пика в 2025-м или 2026-м. Сейчас Солнце в стадии пробуждения — на нем больше пятен и солнечных вспышек. Двадцатого апреля была самая мощная за последние пять лет, а с 17 апреля на поверхности звезды появилась группа пятен в несколько раз больше Земли, которые были видны практически невооруженным глазом. Я сфотографировала их камерой обычного смартфона, защитив ее специальным фильтром, его используют для наблюдения солнечных затмений. Без этого нельзя — чтобы не повредить электронику.

С развитием солнечного цикла будет увеличиваться количество пятен и выбросов массы из атмосферы Солнца. А также вспышек — за день до двадцати небольших. Для Солнца это абсолютно нормально, ничего экстраординарного тут нет. Но само по себе явление, конечно, удивительное. В течение одной вспышки, за две минуты, может высвободиться больше энергии, чем производит вся земная энергетика за год.

— Это визуальные маркеры мощного магнитного поля, поднявшегося из недр звезды. Когда активность Солнца на минимуме, оно, подобно Земле, работает как классический магнит с вертикальными круговыми линиями, которые направлены вдоль меридианов и связывают север с югом. Но поскольку плазма на экваторе звезды вращается примерно на 30 процентов быстрее, чем на полюсах, она, как крючок, тянет магнитные линии вперед и разворачивает их горизонтально вдоль параллелей. С каждым оборотом Солнца вокруг оси линии наматываются и сжимаются все сильнее. В конце концов они закручиваются, словно клубок ниток, а затем вырываются наверх, пронзая солнечную поверхность. Так появляются пятна.

В области пятна магнитное поле тормозит перенос энергии и тепла, поэтому вещество в нем немного холоднее остальной поверхности Солнца. Вот почему возникает ощущение, что пятна темные, хотя они на самом деле тоже светятся, пусть и в меньшей степени, чем сияющая и более горячая окружающая фотосфера. В конце цикла Солнце успокаивается и опять превращается в классический магнит с двумя полюсами, но при этом юг и север меняются местами. Так происходит каждые 11 лет.

— Магнитная трубка с солнечным веществом выходит из одного пятна и, образуя огромную арку, входит в другое. Поэтому обычно пятна наблюдаются парами, у которых, как у магнита, одна сторона положительная, а другая — отрицательная. В этих арках накапливается огромная энергия. Она может внезапно высвободиться в космическое пространство в виде вспышки или коронального выброса массы. Это самые мощные энергетические события в Солнечной системе. Свет от вспышки долетает до Земли всего за восемь минут, а выбросы массы — гигантские магнитные пузыри плазмы массой в миллиарды тонн, которые выдуваются из Солнца, — за несколько дней.

С корональными выбросами связаны полярные сияния. Подлетая к нашей планете, облако плазмы может разорвать геомагнитное поле и инициировать пересоединение магнитных линий Солнца и Земли. По ним заряженные частицы перемещаются в полярные области и возбуждают кислород и азот. А излучение возбужденных атомов раскрашивает небо разными цветами. Так настроение Солнца передается Земле.

Во время особо сильных бурь зона полярного сияния доходит до средних широт. Подобное явление мы наблюдали совсем недавно. За мощной вспышкой 11 апреля последовал выброс огромного солнечного протуберанца — более холодного и плотного газа. Связанный с ним корональный выброс прибыл на Землю 14 апреля, и по всему миру были яркие полярные сияния. В России их видели в Ленинградской области и даже под Нижним Новгородом.

— Приведу пару свежих примеров. Третьего февраля 2022-го компания SpaceX запустила в космос 49 спутников в рамках интернет-проекта Илона Маска Starlink. Но из-за коронального выброса на Солнце 40 из них не вышли на орбиту и сгорели в атмосфере Земли. Финансовые потери составили более 50 миллионов долларов. А 30 марта произошла вспышка самого мощного класса X. Излучение от нее вызвало ионизацию верхних слоев атмосферы Земли и нарушение радиосвязи над Северной и Южной Америкой. Сбои в передаче и необычные эффекты распространения сигналов отмечали радиолюбители, моряки и авиадиспетчеры.

Когда происходит корональный выброс, от Солнца распространяется облако плазмы массой в миллиарды тонн, перед которым идет ударная волна. Она на огромной скорости врезается в атмосферу Земли, от чего защитный пузырь магнитосферы нашей планеты с солнечной стороны может очень сильно сжаться, оставляя спутники на геостационарной орбите и космонавтов в открытом космосе без естественной защиты. Атмосфера Земли нагревается и разбухает, в итоге спутники тормозятся, сходят с орбиты и могут неконтролируемо упасть на Землю. На максимуме солнечной активности их нужно корректировать раз в две-три недели.

Во время вспышки в космос выбрасываются энергичные солнечные частицы, которые представляют серьезную угрозу для электроники спутников и космонавтов. Они выбивают электроны из атомов, разрушают структуру ДНК. Жесткое рентгеновское излучение уничтожило бы все живое на Земле, если бы не было атмосферы. Но нам повезло, она защищает нас. При этом в атмосфере возникает целый ряд эффектов, нарушается радиосвязь и GPS.

— Все это — проявления солнечной активности?

— Под солнечной активностью мы понимаем комплекс явлений, происходящих на Солнце. Они все между собой связаны. Как правило, самые сильные вспышки сопровождаются корональными выбросами массы, которые наблюдаются над крупными пятнами. Есть еще корональные дыры. Это области, где магнитные линии открыты, частицы, которые наматываются на эти линии, на огромной скорости выбрасываются в космос. Их поток мы называем быстрым солнечным ветром. Как и выбросы массы, он может вызывать магнитные бури. Его частицы достигают нашей планеты за пару дней и попадают в ловушку ее магнитного поля, наматываются вокруг его линий и движутся от одного полюса к другому, одновременно оборачиваясь вокруг земного шара. В итоге образуется огромное кольцо электрического тока, которое ослабляет магнитное поле Земли. По сути, магнитная буря — это ослабление геомагнитного поля.

В Канаде 30 лет назад мощная геомагнитная буря оставила на сутки без электричества, отопления и коммуникаций почти шесть миллионов человек. А 50 лет назад морские мины у побережья Вьетнама сработали сами по себе. На сильные возмущения магнитного поля Земли, связанные с корональным выбросом, они среагировали, как среагировали бы на проплывающие рядом корабли. На железной дороге во время бурь красный свет светофора может спонтанно переключиться на зеленый, перестают работать навигационные и другие приборы.

— Мощная бомбардировка энергичными солнечными частицами разрушает электронные приборы. Поэтому единственный способ защиты — выключать чувствительное оборудование, переводить приборы в резервный режим. Во время солнечных бурь прекращают любые спутниковые маневры и полеты самолетов над полюсами — там пропадает радиосвязь. И доза радиации, которую получает экипаж, становится существенной. А космонавты на МКС переходят в помещение с более толстыми стенками.

Разрушительным может оказаться влияние активного Солнца и на нашу повседневную жизнь, ведь она очень сильно зависит от технологий. При супербуре отключится радиосвязь, GPS, перестанут работать мобильные телефоны, интернет, остановится транспорт, банковские платежи и многое другое.

— Конечно, сейчас Солнце под контролем 24 часа в сутки. Во многих странах есть службы космической погоды. Где-то они централизованные, где-то нет. Во многих странах космическая погода внесена в Национальный план управления стихийными бедствиями. В России одна из главных организаций по исследованию космического пространства — Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) в Москве. Мне посчастливилось работать с коллегами из ИКИ на протяжении многих лет. Под руководством Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН (ИСЗФ СО РАН) в Иркутске сейчас разрабатывается национальный гелиофизический комплекс. В Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) в Троицке установлен нейтронный монитор для регистрации галактических космических лучей — мощных энергичных частиц, которые прилетают к нам из нашей и других галактик. Также космическую погоду изучают в Физическом институте имени П. Н. Лебедева РАН, Научно-исследовательском институте ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ и у нас в Сколтехе. Ни один запуск в космос не происходит без проверки состояния Солнца. Кроме того, существует огромное количество прикладных сервисов.

— Да. Еще когда я работала в ИКИ, мы запустили сервис прогнозирования геомагнитных бурь. Он обновляется каждый час и дает прогноз амплитуды бури на ближайшие несколько часов. Расчеты строят на открытых данных со спутников, которые находятся в точке либрации L1, расположенной на прямой, соединяющей Солнце и Землю. Данные о силе магнитного поля и солнечном ветре передают нам по радиоканалу. За несколько часов мы уже знаем, произойдет магнитное пересоединение или нет и когда ожидать пик бури.

Там же, в ИКИ, мы сделали сервис по прогнозу полярных сияний. Еще один — по прогнозированию количества пятен на Солнце на ближайший год — работает в Королевской обсерватории Бельгии. Недавно в рамках совместного проекта Сколтеха, Университета Граца (Австрия) и Европейского космического агентства мы создали сервис по прогнозу высокоскоростного потока солнечного ветра из корональных дыр. А сейчас работаем над прогнозом радиопотока от Солнца на два года вперед. Это очень важный инструмент, необходимый для корректной работы моделей атмосферы, которые используют для расчета возвращения космических объектов на Землю. Надеюсь, запустим его в этом году или в следующем.

Какие бы не бушевали бури, желаю вам хорошей космической погоды.