Взорванное Солнце: чем может грозить солнечная вспышка. Явления на Солнце и в гелиосфере − источники геоэффективных событий в ОКП Корональные выбросы массы на солнце расчет формула

Корональные выбросы массы (Coronal mass ejections или CME ) представляют собой гигантские объемы солнечного вещества, выбрасываемые в межпланетное пространство из атмосферы Солнца в результате происходящих в ней активных процессов. По видимому, именно вещество корональных выбросов, достигающее Земли, является главной причиной возмущений земной магнитосферы и магнитных бурь. Природа выбросов и причины, по которым они происходят, понятны пока не до конца. Так, например, давно известно, что корональные выбросы массы часто (возможно всегда) связаны с солнечными вспышками , но механизм этой связи так до сих пор и не установлен. Не известно даже, предшествует ли выброс вспышке или, наоборот, является ее следствием.

Хотя наблюдения дальней короны Солнца во время затмений насчитывают тысячи лет, существование корональных выбросов массы оставалось неизвестным вплоть до начала космической эры. Впервые наблюдательные свидетельства этого явления были получены около 35 лет назад на коронографе солнечной орбитальной станции OSO 7, работавшей на орбите с 1971 по 1973 год. Причина, по которой открытие корональных выбросов массы случилось так поздно, состоит в том, что полная фаза солнечных затмений продолжается на Земле очень короткое время (всего несколько минут), что недостаточно для обнаружения коронального выброса , длящегося несколько часов. Кроме того, наземные коронографы неспособны обнаружить слабое излучение выброса из-за яркого свечения неба. Коронографы, устанавливаемые на борту космических аппаратов, избавлены от этого недостатка и благодаря этому предоставляют широкие возможности для исследования корональных выбросов .

Громадный выброс корональной массы, 23 цикл солнечной активности.

Выброс корональной массы 15 мая 2000 года. Прибор LASCO 3, космическая солнечная обсерватория SOHO.

Солнечные извержения, названные корональными выбросами массы (coronal mass ejection – СМЕ), связывают с разрывом закрытых линий магнитного поля над поверхностью Солнца. В зависимости от энергии, реализованной при извержении, солнечный ветер от СМЕ имеет либо высокие, либо низкие скорости. Частота появления CME синхронна с циклом солнечной активности. Умеренный солнечный ветер течет от корональных лучей – ярких, плотных структур. «Спокойная корона» между дырами и лучами также может проводить медленные потоки солнечного вещества.

Динамические свойства солнечного ветра очень тесно связаны с короной и её магнитным полем. 3начительная часть солнечного магнитного поля, вытягиваясь, увлекается уносящимся от Солнца ветром. Он же дует во все стороны, наполняя заряженными частицами все околосолнечное пространство, всю нашу планетную систему, создавая межпланетное магнитное поле, поддерживаемое за счет ветра.

Еще есть постоянный поток частиц в виде солнечного ветра, непредсказуемые солнечные вспышки, корональные выбросы массы. Все они попадают под определение «космической погоды».

Пятна на Солнце

В ходе изучения поверхности Солнца на ней можно заметить небольшие темные области. Они различаются по размерам и месторасположению. Как правило, эти пятна сосредоточены в областях выше и ниже экватора. Они образуются в результате взаимодействия плазмы на поверхности Солнца с магнитным полем.

Солнечные пятна – это области на Солнце, температура которых значительно ниже в сравнении с другими участками. Температура в данных областях достигает 3 527 градусов по Цельсию, что почти на 1 727 градусов меньше, чем на остальных участках Солнца. Однако не позволяйте цифрам себя обмануть. Если бы нам представилась возможность созерцать на ночном небе одно солнечное пятно, оно сияло бы в 10 раз ярче полной луны. Если же сравнивать с Солнцем, диаметр которого составляет 1 392 млн километров, солнечные пятна могут показаться небольшими по величине. Как правило, данные области занимают менее 4% видимого диска Светила. Они соизмеримы с диаметром Нептуна, самой маленькой из газовых планет. Однако продолжительность жизни солнечных пятен вне зависимости от места расположения не превышает нескольких недель.

Солнечный цикл, под которым понимается цикл солнечной активности, длится 11 лет. Последний солнечный цикл начался в январе 2008 года и достиг своего пика в 2013. Несмотря на низкий уровень солнечной активности, крупнейшее солнечное пятно за всю историю ученые наблюдали в ноябре 2014 года. Оно было соизмеримо с Юпитером.

Солнечные вспышки

Интенсивные магнитные поля в областях возникновения солнечных пятен также приводят ко взрывам, известным как солнечные вспышки. Энергия при этом высвобождается наружу с силой, превышающей энерговыделение миллионов водородных бомб.

Температура внешней части солнечной атмосферы, известной как корона, в момент солнечных вспышек, как правило, достигает нескольких миллионов К. Когда солнечные вспышки минуют корону, они нагревают газ до 10-20 млн K, иногда данный показатель достигает ста миллионов К. По данным НАСА, энергия, которая выделяется при солнечной вспышке «эквивалентна энергии, выделяемой при одновременном взрыве миллиона 100-мегатонных водородных бомб».

Крупнейшие солнечные вспышки оказывают значительное влияние на Землю. Они могут вызвать длительные радиационные бури в верхних слоях атмосферы и стать причиной прекращения радиосвязи. Средние вспышки могут также вызвать кратковременное прекращение радиосвязи в полярных регионах и иногда незначительные радиационные бури.

Корональные выбросы массы

Во время солнечных вспышек магнитная энергия, которая накапливается в активных областях на Солнце, в большей части реализуется в виде электромагнитного излучения. Во время корональных выбросов массы она расходуется на то, чтобы ускорить массы вещества в солнечной коре.

Как и солнечные вспышк, корональные выбросы масс повышают радиацию во внешних слоях земной атмосферы, влияя на космонавтов и радиосигналы. Однако в отличие от вспышек, они также приносят заряженные частицы материи, которые взаимодействуют с полем, окружающим нашу планету. Результаты такого взаимодействия могут варьироваться в зависимости от размера, скорости и магнитной силы данных частиц.

«Железнодорожный шторм», 13 мая 1921 года. В тот день астрономы заметили огромное пятно на Солнце радиусом примерно в 150 тысяч километров. 15 мая последовала геомагнитная буря, которая вывела из строя половину техники Нью-Йоркской Центральной железной дороги и оставила без связи почти всё Восточное побережье США.

Солнечные вспышки 21 июля 2012 года. Активный солнечный регион 1520 выпустил в направлении Земли огромную вспышку класса X1.4, вызвав полярные сияния и серьёзные перебои в радиосвязи. Вспышки класса X — мощнейшие из всех известных по интенсивности рентгеновского излучения. Сами они обычно не достигают Земли, но их влияние на магнитное поле нельзя недооценивать.

Вспышка 1972 года и Аполлон-16. Перемещения по космосу во время максимальной солнечной активности крайне опасны. В августе 1972 года находящийся на Луне экипаж Аполлона-16 чудом избежал воздействия вспышки класса X2. Если бы астронавтам повезло чуть меньше, они бы получили дозу радиации в 300 бэр, что почти наверняка убило бы их в течение месяца.

Солнечная вспышка в День взятия Бастилии. 14 июля 2000 года спутники засекли на поверхности Солнца мощнейшую вспышку класса X5.7. Выброс был настолько сильным, что его засекли даже аппараты Вояджер-1 и 2, находящиеся на краю Солнечной системы. По всей Земле наблюдались перебои и с радиосвязью, а люди, пролетавшие над полюсами планеты, получили дозу радиации — к счастью, сравнительно небольшую.

Солнечная вспышка 9 августа 2011 года ознаменовала пик текущего солнечного цикла, достигнув мощности X6.9. Это был крупнейший из выбросов цикла 24, засечённый новым спутником NASA — обсерваторией солнечной динамики. Вспышка ионизировала верхнюю часть атмосферы Земли, вызвав помехи в радиосвязи.

Крупнейшая вспышка 2015 года произошла 7 мая. Её мощность достигала «всего лишь» класса X2.7, но и этого хватило, чтобы вызвать яркие полярные сияния и перебои в связи. А кроме того — красивейшие фотографии с наблюдающих спутников.

Солнечная вспышка 5 декабря 2006 года достигла рекордной мощности X9, но по счастью не была направлена в сторону Земли. Наша планета в принципе достаточно маленькая «мишень», с чем человечеству здорово повезло. Два аппарата STEREO для изучения солнечной активности, недавно выпущенные на орбиту, отслеживали это событие от начала и до конца.

Геомагнитная буря 13 марта 1989 года продемонстрировала, насколько опасными могут стать солнечные штормы. Последствия от вспышки класса X15 вызвали отключение электричества для миллионов жителей Канады в Монреале и окрестностях Квебека. Электрические сети севера США едва выдержали электромагнитный удар. По всему миру прерывалась радиосвязь и разливалось полярное сияние.

«Хэллоуинская» вспышка в октябре 2003 года являлась одним из мощнейших когда-либо засечённых солнечных штормов класса X45. Она по большей части прошла мимо Земли, но корональные выбросы массы повредили ряд спутников и вызвали перебои в телефонной и мобильной связи.

Супершторм Кэррингтона. 1 сентября 1859 года астроном Ричард Кэррингтон наблюдал ярчайшую вспышку, корональный выброс от которой достиг Земли лишь за 18 часов. Телеграфные сети отказывали по всей территории Европы и США, некоторые станции загорались от коротких замыканий. Тот выброс не был крупнейшим, около X10, но он ударил по Земле в идеальный промежуток времени и вызвал наибольшие разрушения.

Мощность «солнечных штормов» достигает миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте — столько энергии вся наша цивилизация могла бы потребить за миллион лет. Корональные выбросы массы в основном представлены электромагнитным излучением, которое, при точном попадании в Землю, вызывает геомагнитные бури. Последствия — перебои в связи и отказ электроники. Учитывая, что с каждым годом человечество всё сильнее полагается на технику, сильная геомагнитная буря способна породить настоящий хаос. Перед вами — 10 самых мощных солнечных штормов за последние два столетия.

Корональные выбросы массы (Coronal mass ejections или CME ) представляют собой гигантские объемы солнечного вещества, выбрасываемые в межпланетное пространство из атмосферы Солнца в результате происходящих в ней активных процессов. По видимому, именно вещество корональных выбросов, достигающее Земли, является главной причиной возмущений земной магнитосферы и магнитных бурь . Природа выбросов и причины, по которым они происходят, понятны пока не до конца. Так, например, давно известно, что корональные выбросы массы часто (возможно всегда) связаны с солнечными вспышками , но механизм этой связи так до сих пор и не установлен. Не известно даже, предшествует ли выброс вспышке или, наоборот, является ее следствием.

Хотя наблюдения дальней короны Солнца во время затмений насчитывают тысячи лет, существование корональных выбросов массы оставалось неизвестным вплоть до начала космической эры. Впервые наблюдательные свидетельства этого явления были получены около 35 лет назад на коронографе солнечной орбитальной станции OSO 7, работавшей на орбите с 1971 по 1973 год. Причина, по которой открытие корональных выбросов массы случилось так поздно, состоит в том, что полная фаза солнечных затмений продолжается на Земле очень короткое время (всего несколько минут), что недостаточно для обнаружения коронального выброса , длящегося несколько часов. Кроме того, наземные коронографы неспособны обнаружить слабое излучение выброса из-за яркого свечения неба. Коронографы, устанавливаемые на борту космических аппаратов, избавлены от этого недостатка и благодаря этому предоставляют широкие возможности для исследования корональных выбросов .

Корональные выбросы массы нарушают движение потоков солнечного ветра и вызывают магнитные бури , которые иногда приводят к катастрофическим результатам. По этой причине исследование корональных выбросов и разработка способов их раннего прогнозирования представляет большое значение. Большое число выбросов и эруптивных протуберанцев в последнее десятилетие было зарегистрировано космическим коронографом LASCO (The Large Angle and Spectrometric Coronagraph) на борту станции SOHO (Solar and Heliospheric Observatory. Наблюдения LASCO показали, что частота корональных выбросов массы зависит от

Солнечные вспышки

От чего зависит степень геоэффективности солнечных вспышек?

Не каждая вспышка, произошедшая на Солнце, влияет на состояние ОКП, то есть является геоэффективной. Геоэффективность вспышечных явлений, в основном, определяется мощностью (интенсивностью) и локализацией на диске Солнца. Естественно, что чем мощнее вспышка, тем более сильное влияние она может оказать на ОКП, при условии, что образовавшиеся в ней частицы достигнут орбиты Земли. Согласно последним исследованиям, максимальную геоэффективность имеют вспышки рентгеновского класса выше М5, произошедшие на западной половине солнечного диска (например, ).
(Подробнее см. материалы к теме "Солнечные космические лучи").

Корональные выбросы массы (КВМ)

В 90-е гг. 20 века стало ясно, что важным источником геоэффективных возмущений являются не только солнечные вспышки, но также и гигантские выбросы вещества из короны Солнца, так называемые корональные выбросы массы (КВМ) . Схематично КВМ выглядит как оторвавшаяся от Солнца замкнутая петля магнитного поля, несущая в себе сгусток коронального вещества (см. рисунок 2).

Эруптивные протуберанцы

Эруптивные протуберанцы (ЭП) - это крупные образования в атмосфере Солнца, отличающиеся от окружающего их вещества повышенной плотностью и пониженной температурой; наиболее заметный тип проявления активности в солнечной короне . Вопрос о степени влиянии протуберанцев на космическую погоду (прямого или косвенного, как одна из возможных причин возникновения (КВМ) ) на сегодняшний день остается открытым.
Примером события, когда распад волокна (волокно – это протуберанец, наблюдаемый в проекции на солнечный диск) стал источником возрастания потоков СКЛ в ОКП, может служить событие 14-17 апреля 1994 . Но следует отметить, что такие события являются относительно редкими.

Высокоскоростной солнечный ветер

Солнечный ветер имеет бимодальный характер, это смесь медленного и быстрого потоков. Скоростной поток, в свою очередь, делится на квазистационарные и спорадические потоки, имеющие разную природу. Квазистационарные высокоскоростные потоки солнечной плазмы, ответственные за рекуррентные геомагнитные возмущения, наблюдаются над корональными дырами . Скорость здесь повышена до 700-1000 км/с, плотность понижена (3-4 см -3).Спорадические высокоскоростные потоки - относительно кратковременные и сложные по структуре образования, ответственные за спорадические магнитосферные возмущения, в частности, с ними связаны большие магнитные бури.
Скорость солнечного ветра в спорадических потоках достигает 1200 км/с; на переднем фронте и впереди его образуется ударная волна .

Корональные дыры

Корональные дыры (КД) − это области солнечной короны с относительно низкой температурой (0.8 × 10 6 К), пониженной плотностью и направленным примерно радиально от Солнца магнитным полем. На фотографиях в рентгеновских лучах КД выглядят тёмными по сравнению с другими областями короны (см. рисунок). КД, по-видимому, всегда существуют в полярных областях Солнца и иногда продолжаются в область низких широт, где могут образовываться изолированные КД