Воздействие вспышки на солнце. Вспышки на Солнце: главное об опасности и последствиях астрономического явления для Земли
Идея о том, что Солнце влияет на живой и неживой мир нашей планеты не нова. Да и странно было бы обратное - Солнце освещает и согревает Землю, без этого была бы невозможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце – самый главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов.
Каналов передачи энергии от Солнца к Земле два – электромагнитное и корпускулярное излучение. Электромагнитное излучение – основной канал, именно по нему к Земле поступает большая часть солнечной энергии, передающаяся в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Изменения этого потока не превышают долей процента, благодаря чему он даже носит название солнечная постоянная.
Но мы же знаем о том, что на Солнце постоянно происходят многочисленные активные процессы – солнечные вспышки, корональные выбросы массы, появляются различные пятна и протуберанцы – почему же говорят о солнечной постоянной? Дело в том, что при развитии этих активных процессов значительные изменения претерпевает электромагнитное излучение в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне.
А в этом диапазоне Солнце излучает относительно мало – даже когда во время сильнейших солнечных вспышек поток рентгеновского излучения возрастает в тысячу раз, суммарный поток энергии остается в миллион раз меньше солнечной постоянной. Не стоит забывать и о том, что рентгеновское излучение Солнца практически полностью поглощается земной атмосферой.
Второй канал – корпускулярное излучение – на несколько порядков слабее по величине переносимой энергии, но при этом является ключевым в «космической погоде». Это тот самый солнечный ветер, который представляет собой поток заряженных частиц (электронов, протонов и ионов), летящих со скоростью 300-1200 км/с. Ветер этот «дует» постоянно, а во время солнечных вспышек происходит его усиление.
По сути, солнечный ветер – это радиация. Хорошо то, что Земля имеет собственное магнитное поле и не дает этой радиации проникать к поверхности планеты (солнечный ветер как бы огибает Землю). А плохо то, что у солнечного ветра тоже есть магнитное поле, интенсивность и полярность которого меняется в зависимости от происходящих на Солнце процессов.
В общем случае между этими двумя магнитными полями наблюдается равновесие – ветер давит на землю, земля давит на ветер. Граница, на которой давление ветра уравновешивается давлением земли называется магнитопауза.
Магнитное поле Земли обычно отклоняет солнечные заряженные частицы, формируя магнитосферу, область пространства, напоминающее формой каплю. Граница этой области - магнитопауза - находится на расстоянии около 60 тыс. км от нашей планеты.
Но «ветер меняется», и когда полярность его магнитного поля становится противоположной полярности магнитного поля земли (а это, кстати, случается не всегда) то возможны три сценария их взаимодействия:
1. Сила ветра слабее силы геомагнитного поля – ничего не происходит, магнитосфера остается невозмущенной.
2. Сила ветра превышает силу геомагнитного поля – происходят суббури (возмущения магнитного поля в полярных областях), а мы с вами, находясь на полюсе, можем любоваться северными сияниями.
3. Сила ветра сильно превышает силу геомагнитного поля – происходят долгожданные магнитные бури, магнитное поле возмущается не только в полярных областях, но и вблизи экватора. В таком случае полярные сияния могут наблюдаться и на низких широтах (например, ночью 30 октября 2003 г ими можно было насладиться в Москве)
Снимок полярного сияния на Юго-Западе Москвы 30.10.2003 1:26:11. Автор - Игорь Кузнецов
Так, с каналами передачи энергии (а, стало быть, с тем, какими путями Солнце может повлиять на Землю) вроде разобрались. Теперь – к солнечным вспышкам.
Солнечные вспышки - это быстрые (как правило, в пределах нескольких минут) процессы выделения большого количества энергии в атмосфере Солнца. Солнечные вспышки в зависимости от яркости производимого ими рентгеновского излучения делятся на пять классов: А, B, C, M, X. Самые сильные вспышки – Х класса, последующий в 10 раз слабее предыдущего (класс M в 10 раз слабее Х, С в 10 раз слабее M и тд). Для Земли считаются опасными вспышки класса М и более. В настоящее время источником данных о вспышках являются, главным образом, спутники GOES.
«Каналы влияния» на Землю у вспышки те же – электромагнитный и корпускулярный.
Электромагнитное излучение по сравнению со среднем уровнем излучения Солнца меньше на 5-6 порядков (меньше в миллионы раз), соответственно его влияние исключается.
Остается опосредованное влияние вспышки через солнечный ветер (кстати, не забываем, что скорость солнечного ветра гораздо меньше скорости света, поэтому существует задержка между временем, когда мы зафиксировали солнечную вспышку и временем, когда до Земли дошли «результаты» оной. Величина этой задержи составляет от 35 часов до 5 суток).
Как мы помним, для появления магнитной бури необходимо несколько условий – сила солнечного ветра должны быть выше некоего порога и полярность магнитного поля ветра должна быть противоположна земной. Такие условия отсутствуют в обычном солнечном ветре, но они (условия) могут образоваться, если вспышка выбросит вещество в нашем направлении. В этом кроется источник еще одной проблемы - наблюдать выбросы корональной массы, двигающиеся к Земле, достаточно сложно чисто технически. Вспомним картинки со спутника SOHO – область Солнца, направленная прямо на нас закрыта кружком, дабы не травмировать прибор. А выбросы, фиксируемые им, находятся, как правило, перпендикулярно линии Солнце-Земля и поэтому «летят мимо», никак не влияя на геомагнитное поле.
Конечно, есть спутники GOES с установленным на нем приборами для измерения рентгеновского излучения. И когда выброс, идя от Солнца к Земле, достигает спутников и те фиксируют увеличение радиации, то прогнозировать магнитную бурю (или хотя бы суббурю) можно с большой долей вероятности. Только вот время этого прогноза всего несколько десятков минут – слишком близко (по космическим меркам) к Земле висят спутники.
Итак, что бы на земле случилась магнитная буря, «выстрел» солнечной вспышки должен быть:
1. направленным в сторону Земли;
2. достаточно своеобразным, что бы поменять полярность солнечного ветра (и сохранить это изменение на время полета до Земли)
3. достаточно мощным, что бы сделать солнечный ветер сильнее магнитного поля земли (и сохранить это изменение на время полета до Земли)
Следовательно, далеко не каждая вспышка на Солнце приводит к каким-либо возмущениям магнитосферы (а тем более, к магнитным бурям) - таких вспышек всего 30-40 процентов от общего числа (оговорюсь – это не значит, что 30-40% вспышек вызывают бури, а 30-40% вспышек приводят к возмущениям магнитосферы, которые не обязательно являются бурями). И, соответственно говорить, что каждая вспышка приводит к ухудшению самочувствия – неправильно и даже вредно, особенно для мнительных людей.
Магнитные бури являются неотъемлемой частью того мира, который окружает человека с момента появления «хомо сапиенса» на Земле и не представляет серьезной опасности для его здоровых собратьев. Те же факторы, которые угрожают здоровью ослабленных людей и нормальному функционированию чувствительной техники, современная наука активно изучает и учится заранее предсказывать. Прогресс в понимании солнечно-земных связей и в космической технике в конце концов даст человечеству такой «зонтик», который поможет справляться с любым ненастьем «космической погоды».
Автор выражает благодарность д.ф.-м.н. Ю.И. Ермолаеву и к.ф-м.н А.А. Петруковичу из института космических исследований РАН, а также к.ф-м.н Мягковой И.Н. из института ядерной физики МГУ за помощь в написании статьи.
Эти таинственные вспышки
Вспышки на Солнце, как и солнечные пятна, – одна из характеристик его активности. Каждая «вспышка» - внезапное кратковременное (взрывообразное) локальное физическое явление, происходящее в области хромосферы Солнца, сопровождающееся резким увеличением яркости его излучения, выделением огромной величины энергии (до 1032 Эрг) в виде электромагнитного и корпускулярного излучений с появлением потоков «солнечных» космических лучей.
«Сейчас предполагается, - пишет в монографии о Солнце астрофизик Э. Гибсон, что сильные магнитные поля на Солнце способны собирать и запасать энергию … Детали механизмов накопления, сохранения и освобождения энергии неизвестны. Очень важны также, хотя и непонятны, механизмы выброса и ускорения частиц до исключительно высоких энергий» (курсив автора).
В решении проблемы солнечных вспышек сложилась парадоксальная ситуация, которую отметил отечественный астрофизик Ю.И. Витинский в своей монографии «Солнечная активность»: «… за последние 15 – 20 лет мы узнали о вспышках больше, чем о солнечных пятнах за 200 с лишним лет … Чем больше исследователи Солнца бьются над решением этой проблемы, тем больше возникает в ней новых вопросов. Поэтому было бы легкомысленным с нашей стороны изложить здесь даже самые главные и притом нередко противоречивые результаты попыток построить теорию солнечных вспышек» (курсив автора).
Именно в связи с отсутствием результатов, Национальная академия США направила в 2006 г. на близкую к Солнцу орбиту космическую лабораторию для получения дополнительных сведений о солнечны вспышках.
Поскольку Э. Гибсон сформулировал вопросы, на которые необходимо ответить при решении проблемы солнечных вспышек, а Ю.И. Витинский обосновал отсутствие целесообразности изложения разработанных противоречивых теорий их объяснения, перейдём сразу к изложению своей концепции.
Сплошные «почему»
Предварительно, обратим внимание на следующее: о Солнце известно множество фактов, но большинству из них (несмотря на многолетние попытки учёных разных стран) до сих пор не дано объяснений.
Почему постепенное уменьшение температуры с 15 млн. градусов в центре Солнца до 6 тысяч градусов на его видимой поверхности, начинает по мере дальнейшего удаления от неё повышаться до 2 млн. градусов в солнечной короне?
Почему водородная корона Солнца обогащена ионами атомов всех химических элементов?
Почему скорость «солнечного ветра», состоящего из ионов солнечной короны, не уменьшается, как это должно быть в результате притяжения Солнца, а увеличивается по мере удаления от него?
Чем объясняется изменение параметров перечисленных явлений с изменением солнечной активности?
И ещё множество вопросов.
Кризис «физики Солнца»
Оценка, данная Витинским «теориям» солнечных вспышек, и многочисленный «почему», касающиеся других «солнечных проблем», свидетельствуют о кризисе «физики Солнца». Пытаться строить новые теории, не разобравшись в причине или причинах указанного кризиса - бессмысленно, поскольку идущие по ошибочному пути не могут достичь своей цели. В чём же ошибочность выбранного учёными пути?
Физика Солнца, вещество которого находится в состоянии плазмы (существенная часть составляющих хромосферу атомов - ионизирована), одновременно является и «физикой плазмы». Из теории физики плазмы (обстоятельно и в то же время ясно изложенной академиком Л.А. Арцемовичем в его книге «Элементарная физика плазмы» известно, что если в плазме имеется перемещающееся в пространстве или изменяющееся по величине напряжённости магнитное поле, неизбежно возникают электрические токи, обусловленные воздействием поля на составляющие плазму ионы атомов и электроны. То есть, по существу возникает нагрев и движение этой части плазмы в целом.
Уже в первых научных работах по теории солнечных вспышек, выполненных нашим соотечественником С.И. Сыроватским, возникновение солнечных вспышек объяснялось якобы возможным процессом «пересоединения» магнитных силовых линий при взаимодействии перемещающихся относительно друг друга двух или более локальных магнитных полей. Именно такая ситуация и имеет место в хромосфере Солнца, за исключением самой возможности процесса «пересоединения».
Все последующие «теории» опирались, в том или ином виде, именно на движение в пространстве и изменение во времени напряжённости локальных магнитных полей. В этом не было ничего удивительного, так как солнечные вспышки возникают только в плазме, находящейся в этих полях. Однако не было учтено одно обстоятельство – низкая скорость движения локальных магнитных полей относительно друг друга и медленное изменение величины их напряжённости в сопоставлении с продолжительностью процесса самой вспышки в рентгеновских и гамма лучах (одна – пять минут) без учёта последующего так называемого процесса «высвечивания» плазмы, продолжающегося (из-за грандиозного масштаба явления) десятки минут, а иногда и несколько часов (в зависимости от радиуса сферы, заключающей объём плазмы, охваченный вспышкой).
Следовательно, изложенный «механизм» вспышки (посредством процесса пересоединения) не может иметь лавинообразного характера течения процессов, позволяющих обеспечить её кратковременность и высокую мощность.
Физиков можно понять – не видно никакой другой альтернативы, если рассматривать процессы на Солнце в отрыве от процессов в Солнечной системе, а в данном случае – и от процессов во Вселенной в целом. К сожалению, чаще всего, как и в данном конкретном случае, именно так и поступают. Иначе чем объяснить такое количество нерешённых проблем в «физике Солнца», да и в физике в целом?
Поиск альтернативы
Отвергая «активную» роль магнитных полей в процессах солнечных вспышек, не отвергается их роль целиком. Ведь не случайно же вспышки происходят в локальных объёмах хромосферы, охваченных магнитными полями солнечных пятен. Возникает естественный вопрос: какой вид энергии собирают, запасают впрок и сохраняют до момента начала вспышек локальные магнитные поля, создаваемые солнечными пятнами в хромосфере? Кто «обладатель» этой энергии?
Правильные ответы на эти два «ключевые» для решения проблемы солнечных вспышек вопроса позволят ответить и на все остальные.
Прежде всего, ответим на первый вопрос – какого вида эта энергия? В соответствии с различными «формами» происходящих процессов, говорят и о различных видах энергии: механической (кинетической), тепловой, химической, электромагнитной, гравитационной, ядерной и т.д. Эти разграничения имеют условный характер. Все виды энергии могут быть отнесены или к кинетической энергии, или к энергии связи, или одновременно – в равной мере – и к той, и к другой.
То обстоятельство, что магнитные поля взаимодействуют с частицами, имеющими электрический заряд, а магнитные поля особой формы (конфигурации) даже обладают свойствами улавливать (захватывать) такие частицы в объёмы пространства, в котором они присутствуют (магнитные «ловушки») склонило чашу весов в пользу кинетической энергии частиц, имеющих электрический заряд. Другое обстоятельство – громадная величина энергии солнечной вспышки (до 1032 Эрг), достаточная до нагрева или миллиарда тонн плазмы до температуры 40 млн. градусов (при такой температуре становится возможной термоядерная реакция синтеза «тяжёлых» ядер химических элементов из «лёгких» ядер) или до температуры кипения всю воду океанов Земли заставило сделать выбор в пользу космических лучей, обладающих самой высокой величиной кинетической энергии на одну частицу (до 1019 электрон-Вольт (эВ)), которые состоят, в основном, из ядер водорода.
Если считать, что каждое такое ядро-протон имеет энергию 6 1018 эВ или 107 Эрг, то для обеспечения самой мощной солнечной вспышки с энергией в 1032 Эрг потребуется всего 1025 протонов. Учитывая, что 1 грамм водорода содержит 6 1023 атомов (число Авогадро), масса, требуемых для солнечной вспышки ядер водорода (в виде частиц космических лучей) составит всего 16,7 грамма. Если же принять за величину энергии частиц галактических космических лучей, проникающих в пространство Солнечной системы, не максимальное, а среднее их значение (5 1014 эВ), то в этом случае потребуется всего 200 кг.
Признаемся, с трудом верится в эту невероятную реальность.
Есть ли основания подозревать, что в «деле» солнечных вспышек «замешаны» частицы космических галактических лучей? Да, есть! По крайней мере, два.
Первое – в периоды максимума солнечной активности, когда количество солнечных пятен, а, соответственно и число магнитных полей высокой напряжённости (5000 Гаусс) в хромосфере, способствующих эффективности «захвата» Солнцем космических лучей из космоса, приводит к резкому (в 5 – 10 раз и более) уменьшению их потока на границе земной атмосферы.
Второе – громадная масса Солнца и соответствующее ей гравитационное притяжение, действующее в пространстве сферы, имеющей радиус 15 млрд. км.
Найденные ответы на два «ключевых» вопроса позволили найти решение проблемы солнечных вспышек. Это даёт возможность ответить и на остальные вопросы, изложенные в начале статьи.
Физический механизм Солнечных вспышек
Следующий вопрос, касающийся рассматриваемой проблемы – как локальное магнитное поле, создаваемое парой солнечных пятен противоположной полярности собирает, запасает и сохраняет энергию до момента вспышки. Это осуществляется точно так же, как и магнитным полем Земли в отношении частиц космических лучей и частиц, «выбрасываемых» из Солнца при солнечных вспышках. Наличие в «окрестностях» Земли двух радиационных поясов и полярных сияний в районе её полюсов свидетельствует о высокой эффективности «механизма захвата» этих частиц магнитными полями, приводящего к концентрации частиц и их кинетической энергии в локальном объёме пространства, заполненного плазмой.
Аналогичные процессы происходят в импульсных термоядерных реакторах синтеза ядер гелия из ядер дейтерия («тяжёлого» водорода), оснащённых магнитными ловушками, конфигурация магнитного поля в которых подобна конфигурации локального магнитного поля, создаваемого парами солнечных пятен, имеющих противоположную полярность их полюсов.
Различие состоит только в том, что нагрев плазмы в термоядерных реакторах осуществляется посредством кратковременного электрического разряда вдоль магнитных силовых линий, а на Солнце - посредством частиц космических лучей, «захватываемых» из космоса сильными (до 5000 Гаусс) локальными магнитными полями солнечных пятен.
Закономерный поступательно-возвратный винтообразный характер движения «захваченных» частиц космических лучей вдоль силовых линий локального магнитного поля с магнитными отражающими «зеркалами»-«пробками» вызывает в результате столкновений точно такое же движение и у ионов и электронов солнечной плазмы, содержащихся в этом же магнитном поле.
Разделение в пространстве и по направлению винтообразного движения положительно заряженных ионов и электронов, обусловленного противоположным знаком их электрических зарядов и тысячекратным отличием массы частиц, существенно затрудняет процесс рекомбинации («деионизации»), а если она осуществляется, то кратковременно, с сохранением высокого уровня возбуждения. Благодаря этому и наличию постоянного воздействия на эти возбуждённые атомы фотонов излучения фотосферы (видимой поверхности Солнца) и частиц космических лучей («циркулирующих» в этом же объёме пространства), закономерное движение повторно ионизируемых атомов солнечной плазмы фактически не прерывается. Не прерывается до момента вспышки и процесс поступления сюда же дополнительного числа частиц и солнечной плазмы, и космических лучей.
В связи с этим в каждом локальном магнитном поле число частиц, а, соответственно, и плотность плазмы более чем в сто раз превышают те же параметры плазмы в окружающем пространстве. Особенно очевидно это проявляется в области расположения нейтральной плоскости локального магнитного поля, равноудалённой от создающей его пары солнечных пятен, что обусловлено так называемым процессом автофокусировки около нейтральной плоскости в магнитном поле такой «бочкообразной» формы.
Именно здесь постепенно формируются (наблюдаемые в хромосфере, где располагаются локальные магнитные поля солнечных пятен) «тёмные» волокна, в которых часть излучения фотосферы, проходящего сквозь них, расходуется на увеличение энергии электронов возбуждённых атомов до уровня, достаточного для их повторной ионизации.
Таким образом, уровень кинетической энергии, который частицы космических лучей имели при «захвате» магнитной «ловушкой», до момента вспышки изменяется незначительно.
Накопление частиц солнечной плазмы и космических лучей в локальных магнитных полях Солнца продолжается в течение всего времени между двумя солнечными вспышками, происходящими в одном и том же месте. Периодичность вспышек – одна за сутки или за несколько суток. Вспышка происходит, когда концентрация частиц достигает некоторой критической величины. Примером является необходимая для взрыва атомной бомбы определённая так называемая «критическая» величина массы радиоактивного урана для обеспечения цепной разветвляющейся реакции распада, инициируемой самими же «продуктами» этого распада.
Приближение момента начала солнечной вспышки визуально фиксируется появлением двух постепенно увеличивающих яркость областей, равноудалённых от нейтральной плоскости локального магнитного поля к его полюсам, где происходит закономерное изменение направления поступательно-возвратного движения частиц космических лучей.
По существу, эти две области «сияния» аналогичны областям возникновения северного и южного полярных сияний на Земле, также вызываемых захваченными частичками космических лучей. Приближение концентрации частиц солнечной плазмы и космических лучей в локальном магнитном поле к некоторому «критическому» уровню сопровождается увеличением частоты столкновения этих частиц друг с другом и соответствующему более быстрому уменьшению средней энергии частиц космических лучей, что приводит к уменьшению длины пути поступательно-возвратного их движения. Это фиксируется визуально сначала как медленное, но постепенно ускоряющееся приближение двух светящихся областей к нейтральной плоскости локального магнитного поля, завершающееся солнечной вспышкой, поскольку частота взаимодействия частиц космических лучей с частицами плазмы приобретает лавинообразный характер.
Такой характер взаимодействия объясняется тем, что кинетическая энергия частиц плазмы становится сопоставимой с уменьшающейся кинетической энергией частиц космических лучей, в результате чего уже и они, как частицы космических лучей, начинают перераспределять свою возросшую энергию между другими частицами солнечной плазмы.
При этом развитие процесса вспышки происходит аналогично процессу возникновения в земной атмосфере широких атмосферных ливней, называемых «ливнями Оже», представляющих собой поток ионов атомов кислорода и азота с высоким уровнем кинетической энергии (образующимися в результате воздействий проникающих сюда частиц космических лучей с энергией 1012 – 1013 эВ), вызывающих «каскадную» электронно-фотонную лавину.
Именно благодаря её возникновению, непосредственно сам процесс солнечной вспышки имеет, как уже отмечалось, очень малую продолжительность, чем и объясняется его высокая мощность. В результате этого и давление плазмы, и её температура при особо мощных вспышках, называемых «протонными», достигают таких значений, что регистрируются даже частицы, возникающие при ядерных реакциях синтеза ядер гелия из ядра водорода.
В связи с наличием в солнечной плазме и в космических лучах ядер «тяжёлых» химических элементов (более 4 а.е.) тормозное излучение в момент вспышки соответствует жёсткому рентгеновскому спектру с энергией квантов более 105 эВ. При высокой интенсивности рентгеновского излучения в указанном диапазоне, в котором энергия кванта сопоставима с величиной произведения массы электрона на квадрат скорости света (mэ c2) взаимодействие излучения с электроном сопровождается так называемым «комптоновским рассеянием» кванта на электроне. При этом уменьшается частота рентгеновского излучения из-за передачи части энергии кванта электрону, который приобретает дополнительную скорость.
При мощных солнечных вспышках поток рентгеновского излучения смещает электроны плазмы в направлении распространения излучения. Возникающее в результате этого электрическое поле вызывает движение ионов плазмы в этом же направлении. Поскольку рентгеновское излучение продолжается 2 – 5 минут, столько же продолжается и процесс ускорения ионов и ядер атомов, так как скорость распространения света всегда больше скорости ускоряемых частиц.
Так частицы постепенно ускоряются до значений скорости, соответствующей энергии частиц «солнечных» космических лучей.
Подведём итог
Разработанная концепция происхождения солнечной вспышки логично и обоснованно объясняет всю цепь процессов в хромосфере Солнца, составляющих это грандиозное физическое явление. Она начинается постепенным накоплением локальным магнитным полем частиц космических лучей и солнечной плазмы до критической плотности, обеспечивающей повышение частоты и эффективности их столкновений друг с другом до значений, соответствующих лавинообразному характеру взаимодействия, как это имеет место при цепных разветвляющихся реакциях взрывчатых веществ.
Взаимодействие («столкновение») каждой частицы космических лучей с энергией 1012 эВ приводит к возникновению десяти частиц (протонов) с энергией 1011 эВ, каждая из этих, в свою очередь, приводит к возникновению десяти частиц с энергией 1011 эВ и т.д.
Таким образом, в солнечной плазме, заключённой в локальном магнитном поле, в результате захвата и накопления частиц космических лучей происходит развитие ядерно-каскадного процесса.
Параллельно с каскадно-ядерным процессом развивается инициируемый им (возникающими гамма-лучами) электронно-фотонный каскадный процесс, протекающий особенно бурный в связи с вовлечением в него большой массы солнечной плазмы. Возникающие при этом кванты рентгеновского и ультрафиолетового «тормозного» излучения (энергия квантов которых сопоставима с величиной произведения массы электрона на квадрат скорости света) в результате так называемого «комптоновского» их рассеяния на электронах, передают им часть своей энергии. Движение этих электронов в направление внешней среды (в космос) вызывает и соответствующее движение протонов (ядер водорода), имеющих положительный электрический заряд. Большая плотность потока рентгеновских и ультрафиолетовых лучей за время солнечной вспышки «разгоняет» электроны, а, следовательно, и протоны до скорости, соответствующей средней величине энергии 109 эВ, которые достигают орбиты Земли за время в 5 – 10 раз большее, чем излучение вспышки в видимом диапазоне.
Вот такой является альтернативная теория солнечной вспышки.
Проведённый оценочный расчёт подтвердил возможность возникновения частиц «солнечных» космических лучей с максимальной энергией 5 1011 эВ (из «выброшенного» при мощной солнечной вспышки «облако» солнечной плазмы) в результате пятиминутного последовательного воздействия на каждую частицу квантов «жёсткого» рентгеновского излучения, возникших в очаге солнечной вспышки при торможении частиц галактических космических лучей с максимальной энергией 1019 эВ (захваченных Солнцем в его локальное магнитное поле). Величина отношения максимальных значений энергий частиц «солнечных» и «галактических» космических лучей соответствует числу 5 10-8.
По существу, это число представляет собой коэффициент полезного действия процесса преобразования одних космических лучей в другие. Совершенно очевидно, что величина КПД этого процесса вполне реальна. Ещё в большей мере этот вывод относится к соотношению суммарных величин их энергий.
Имеются все основания предполагать, что именно за счёт высокой энергии частиц космических лучей, захватываемых общим магнитным полем Солнца, происходит не объяснённое до сих пор явление инверсии температуры в солнечной атмосфере, когда её уменьшение по мере удаления от центра Солнца сменяется повышением температуры плазмы солнечной короны до миллиона градусов, а в периоды максимума солнечной активности – ещё в два раза выше.
Владимиров Е.А. и Владимиров А.Е.
Подготовлено по материалам http://planeta.moy.su/
Однажды наплыва солнечной энергии не выдержал весь европейский телеграф
«Голова разболелась - наверное, магнитные бури!» - что-то подобное каждый из нас слышал, а возможно, и говорил, не один раз. Ученые регулярно предупреждают о беспокойном поведении Солнца и последующих возможных катастрофах. Что же такое эти загадочные бури и вспышки? Как они связывают Землю и Солнце? И правда ли, что эти катаклизмы опасны ли для человечества?
Когда светило возмущается
Периодически в атмосфере Солнца возникают уникальные выделения световой, тепловой и кинетической энергии. Они-то и носят название солнечных вспышек. Несмотря на то, что продолжительность их невелика (не больше нескольких минут), количество энергии, которая высвобождается в процессе, огромно. В тротиловом эквиваленте оно доходит до биллионов мегатонн. Средняя вспышка порождает энергию, в 10 миллионов раз (!) превышающую энергию извержения немаленького вулкана.
Помимо поражающих воображение количественных показателей, энергия проявляется множеством форм. Это, в частности, ультрафиолетовое, оптическое, рентгеновское и даже гамма-излучение, а также частицы (протоны и электроны).
Магнитные бури возникают на Земле в низких (близких к экватору) и средних (от 40 до 60’) широтах планеты. При чем же здесь солнечные вспышки? Взаимосвязь между явлениями прямая: солнечная активность порождает возмущения земного магнитного поля. Заряженные частицы - те самые протоны и нейтроны - выделяются при вспышках на Солнце, достигают Земли и своим интенсивным потоком меняют ее магнитное поле.
Flickr.com
Буря в крови
Ученые регулярно предупреждают, что масштабная вспышка на Солнце может привести к катастрофическим последствиям. В чем же опасность?
Прямое негативное воздействие солнечные вспышки оказывают на космонавтов, находящихся на орбите, и на космическую аппаратуру. Волны мощнейшей энергии пронизывают звездное пространство и могут повреждать приборы и системы управления вплоть до их полного выхода из строя. Но более серьезной опасности подвергаются, конечно, люди: значительно повышающийся в результате солнечной вспышки уровень радиации несет риск сильного облучения для исследователей космоса. Мало того, даже для пассажиров авиалайнеров, передвигающихся в определенные периоды пиковой солнечной активности, есть вероятность получить облучение.
Более значительные последствия солнечных вспышек для человечества наблюдаются, конечно, на Земле. В первую очередь, геомагнитные колебания влияют на здоровье людей, и это доказанный факт, а не просто попытки объяснить очередной скачок давления или внезапную головную боль. Специалисты подсчитали: в моменты высокой солнечной активности в 5 раз возрастает количество суицидов, а случаи инфарктов и инсультов учащаются на 15%.
Ученые так трактуют зависимость между магнитными бурями и ухудшением самочувствия: изменение магнитного поля Земли влечет за собой замедление капиллярного кровотока, повышение густоты крови, как следствие - наступает гипоксия (кислородное голодание) органов и тканей. В первую очередь, все перечисленное влияет на сердечно-сосудистую и нервную системы. Отсюда - гипертонические кризы и обострения хронических заболеваний.
Почему же человечество еще не вымерло, если наш организм настолько зависим от солнечной активности и изменений геомагнитной обстановки? Потому, что организму свойственна не только высокая чувствительность к внешним факторам, но и способность к адаптации к повторяющимся явлениям. Солнечные вспышки и, как следствие, магнитные бури повторяются с определенной периодичностью. И мы реагируем лишь на наиболее сильные из них.
pixabay.com
Что скрывали японские кедры
В новостях регулярно появляются сообщения исследователей об угрожающих планете последствиях солнечной активности. Постоянные вспышки на Солнце могут быть предвестниками апокалипсиса - такое пугающее заявление распространили в июне 2017 года ученые американского Гарвардского университета. Месяцем позже исследователи из NASA сообщили о будущей сильной солнечной вспышке, которая повлечет за собой негативные последствия для Земли. Речь шла о том, что может выйти из строя точная аппаратура, произойдут даже извержения вулканов. Солнце якобы может уничтожить Землю за три дня - эксперты британского университета Рединга доказали, что увеличение солнечной активности негативно сказывается на здоровье населения Земли и пришли к выводу, что человечество абсолютно беззащитно перед угрозой.
Однако в истории наблюдений за солнечной активностью есть не только опасения, но и реальные факты негативных последствий солнечных вспышек, причем не только для здоровья людей.
Документально зафиксированная самая сильная вспышка на Солнце произошла 1,5 столетия назад, 1-2 сентября 1859 года. Среди исследователей она известна как вспышка Каррингтона . В течение нескольких дней небо в западном полушарии Земли озарялось малиновым светом, а ночью было светло, как днем. В тропиках и субтропиках люди могли наблюдать сияние, напоминающее северное. По всей Европе и на значительной территории Северной Америки вышел из строя телеграф. Вначале наблюдатели не могли найти объяснения происходящему. Только британский астроном Ричард Каррингтон связал явления, происходящие в планетарном масштабе, с наблюдаемыми им накануне вспышками на Солнце.
Сегодня ученые заявляют, что события такого масштаба происходят в периодичностью примерно в 500 лет. Однако свидетельств очевидцев либо документов исследователей с записями о предшествовавших вспышке Карринтона подобных проявлениях солнечной активности, не сохранилось. Тем не менее, в 2012 году физики из Японии, а затем и астрономы из США исследовали годичные кольца японских кедров и пришли к выводу, что в VIII веке на Солнце была «супервспышка», в несколько раз превосходящая по мощности «событие Карригтона». Сейчас бы она привела к необратимым последствиям для нашего высокотехнологичного мира.
1 сентября 1859 года два английских астронома - Ричард Кэррингтон и Ш. Ходжсон, независимо друг от друга наблюдая Солнце в белом свете, увидели, как нечто подобно молнии сверкнуло вдруг среди одной группы солнечных пятен. Это было первое наблюдение нового, еще неизвестного явления на Солнце; в дальнейшем оно получило название солнечной вспышки.
Что же такое солнечная вспышка? Если сказать коротко, это сильнейший взрыв на Солнце, в результате которого быстро высвобождается колоссальное количество энергии, накопившейся в ограниченном объеме солнечной атмосферы.
Чаще всего вспышки возникают в нейтральных областях , расположенных между большими пятнами противоположной полярности. Обычно развитие вспышки начинается с внезапного увеличения яркости факельной площадки - области более яркой, а значит и более горячей фотосферы. Затем происходит катастрофический взрыв, во время которого солнечная плазма разогревается до 40-100 млн К. Это проявляется в многократном усилении коротковолнового излучения Солнца (ультрафиолетового и рентгеновского), а также в усилении "радиоголоса" дневного светила и в выбросе ускоренных солнечных корпускул (частиц). А в некоторых наиболее мощных вспышках генерируются даже солнечные космические лучи, протоны которых достигают скорости, равной половине скорости света. Такие частицы обладают смертоносной энергией. Они способны почти беспрепятственно проникать в космический корабль и разрушать клетки живого организма. Поэтому солнечные космические лучи могут представлять серьезную опасность для экипажа, застигнутого во время, полета внезапной вспышкой.
Таким образом, солнечные вспышки излучают радиацию в виде электромагнитных волн и в виде частиц вещества. Усиление электромагнитного излучения происходит в широком диапазоне длин волн - от жестких рентгеновских лучей и гамма-квантов до километровых радиоволн. При этом общий поток видимого излучения остается всегда постоянным с точностью до долей процента. . Слабые вспышки на Солнце бывают практически всегда, а большие - раз в несколько месяцев. Зато в годы максимума солнечной активности большие солнечные вспышки происходят по нескольку раз в месяц. Обычно небольшая вспышка длится 5 - 10 минут; самые мощные - несколько часов. За это время в околосолнечное пространство выбрасывается облако плазмы массой до 10 млрд т и выделяется энергия, эквивалентная взрыву десятков, а то и сотен миллионов водородных бомб! Однако мощность даже самых больших вспышек не превышает сотых долей процента от мощности полного излучения Солнца. Поэтому при вспышке не происходит заметного увеличения светимости нашего дневного светила.
Во время полета первого экипажа на американской орбитальной станции "Скайлэб" (май-июнь 1973 года) удалось сфотографировать вспышку в свете паров железа при температуре 17 млн К, что должно быть горячее, чем в центре солнечного термоядерного реактора. А в последние годы от нескольких вспышек были зарегистрированы импульсы гамма-излучения.
Своим происхождением такие импульсы обязаны, вероятно, аннигиляции электронно-позитронных пар . Позитрон, как известно, - это античастица электрона. Он имеет ту же массу, что и электрон, но наделен противоположным электрическим зарядом. Когда электрон и позитрон сталкиваются, что может происходить при солнечных вспышках, они тотчас же уничтожаются, превращаясь в два фотона гамма-излучения.
Как и всякое нагретое тело, Солнце непрерывно испускает радиоволны. Тепловое радиоизлучение спокойного Солнца, когда на нем нет пятен и вспышек, постоянно и на миллиметровых и сантиметровых волнах исходит из хромосферы, а на метровых - из короны. Но стоит только появиться большим пятнам, произойти вспышке, как на фоне спокойного радиоизлучения возникают сильные радиовсплески... И тогда радиоизлучение Солнца скачкообразно возрастает в тысячи, а то и в миллионы раз!
Физические процессы, приводящие к возникновению солнечных вспышек, очень сложны и еще мало изучены. Однако сам факт появления солнечных вспышек почти исключительно в больших группах пятен свидетельствует о родственных связях вспышек с сильными магнитными полями на Солнце. И вспышка - это, по-видимому, не что иное, как грандиознейший взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы под давлением сильного магнитного поля. Именно энергия магнитных полей, каким-то образом освобождаясь, порождает солнечную вспышку.
Излучения солнечных вспышек нередко достигают нашей планеты, оказывая сильное воздействие на верхние слои земной атмосферы (ионосферу). Они же приводят к возникновению магнитных бурь и полярных сияний.
Последствия солнечных вспышек
23 февраля 1956 года станции Службы Солнца отметили на дневном светиле мощнейшую вспышку. Взрывом невиданной силы были выброшены в околосолнечное пространство гигантские облака раскаленной плазмы - каждое во много раз больше Земли! И со скоростью более 1000 км/с они устремились в сторону нашей планеты. Первые отзвуки этой катастрофы быстро докатились до нас через космическую бездну. Примерно через 8,5 минут после начала вспышки сильно возросший поток ультрафиолетовых и рентгеновских лучей достиг верхних слоев земной атмосферы - ионосферы, усилил ее разогрев и ионизацию. Это привело к резкому ухудшению и даже временному прекращению радиосвязи на коротких волнах, ибо вместо того, чтобы отражаться от ионосферы, как от экрана, они стали ею усиленно поглощаться...
Иногда же, при очень сильных вспышках, радиопомехи длятся по нескольку суток подряд, пока беспокойное светило не "приходило в норму". Зависимость прослеживается здесь настолько четко, что по частоте таких помех можно судить об уровне солнечной активности. Но главные возмущения, вызываемые на Земле вспышечной активностью светила, впереди.
Следом за коротковолновым излучением (ультрафиолетовым и рентгеновским) нашей планеты достигает поток высокоэнергичных солнечных космических лучей. Правда, магнитная оболочка Земли достаточно надежно защищает нас от этих смертоносных лучей. Но для космонавтов, работающих в открытом космосе, они представляют весьма серьезную опасность: облучение может легко превысить допустимую дозу. Вот почему около 40 обсерваторий мира постоянно участвуют в патрульной Службе Солнца - ведут непрерывные наблюдения за вспышечной активностью дневного светила.
Дальнейшего развития геофизических явлений на Земле можно ожидать через день или через два дня после вспышки. Именно такое время - 30-50 часов - требуется для того, чтобы облака плазмы достигли земных "окрестностей". Ведь солнечная вспышка - это нечто вроде космической пушки, стреляющей в межпланетное пространство корпускулами - частицами солнечного вещества: электронами, протонами (ядрами атомов водорода), альфа-частицами (ядрами атомов гелия). Масса корпускул, извергнутых вспышкой в феврале 1956 года, составляла миллиарды тонн!
Едва облака солнечных частиц столкнулись с Землей, как заметались стрелки компасов, а ночное небо над планетой украсили разноцветные сполохи полярного сияния. Среди больных резко участились сердечные приступы, возросло число дорожных катастроф.
Да что там магнитные бури, полярные сияния... Под напором исполинских корпускулярных облаков содрогнулся буквально весь земной шар: во многих сейсмических зонах произошли землетрясения. И как бы в довершение всего скачкообразно изменилась продолжительность суток на целых 10... микросекунд!
Космические исследования показали, что земной шар окружен магнитосферой, то есть магнитной оболочкой; внутри магнитосферы напряженность земного магнитного поля преобладает над напряженностью межпланетного поля. И чтобы вспышка могла оказать воздействие на земную магнитосферу и саму Землю, она должна произойти в то время, когда активная область на Солнце расположена вблизи центра солнечного диска, то есть ориентирована в сторону нашей планеты. В противном случае все вспышечные излучения (электромагнитное и корпускулярное) промчатся стороной.
Плазма, которая устремляется с поверхности Солнца в космическое пространство, обладает определенной плотностью и способна оказывать давление на любые встречающиеся на ее пути препятствия. Таким существенным препятствием является магнитное поле Земли - ее магнитосфера. Она оказывает противодействие потокам солнечного вещества. Наступает момент, когда в этом противоборстве оба давления уравновешиваются. Тогда граница земной магнитосферы, поджатая потоком солнечной плазмы с дневной стороны, устанавливается на расстоянии примерно 10 земных радиусов от поверхности нашей планеты, а плазма, не имея возможности двигаться прямо, начинает обтекать магнитосферу. При этом частицы солнечного вещества вытягивают ее магнитные силовые линии, и на ночной стороне Земли (в противоположном от Солнца направлении) у магнитосферы образуется длинный шлейф (хвост), который простирается за орбиту Луны. Земля же со своей магнитной оболочкой оказывается внутри этого корпускулярного потока. И если обычный солнечный ветер, постоянно обтекающий магнитосферу, можно сравнить с легким бризом, то стремительный поток корпускул, порожденных мощной солнечной вспышкой, подобен страшному урагану. Когда такой ураган налетает на магнитную оболочку земного шара, она еще сильнее сжимается с подсолнечной стороны и на Земле разыгрывается магнитная буря.
Таким образом, солнечная активность влияет на земной магнетизм. С ее усилением частота и интенсивность магнитных бурь возрастает. Но связь эта достаточно сложная и состоит из целой цепи физических взаимодействий. Главным связующим звеном в этом процессе является усиленный поток корпускул, возникающий во время солнечных вспышек.
Часть энергичных корпускул в полярных широтах прорывается из магнитной ловушки в земную атмосферу. И тогда на высотах от 100 до 1000 км быстрые протоны и электроны, сталкиваясь с частицами воздуха, возбуждают их и заставляют светиться. В результате наблюдается полярное сияние.
Периодические "оживления" великого светила - явление закономерное. Так, например, после грандиозной вспышки на Солнце, наблюдавшейся 6 марта 1989 года, корпускулярные потоки взбудоражили буквально всю магнитосферу нашей планеты. В результате на Земле разразилась сильнейшая магнитная буря. Она сопровождалась поразительным по своему размаху полярным сиянием, которое в районе Калифорнийского полуострова достигло тропического пояса! Через три дня произошла новая мощная вспышка, а в ночь с 13 на 14 марта жители южного побережья Крыма тоже любовались феерическими сполохами, распростершимися в звездном небе над скалистыми зубцами Ай-Петри. Это было неповторимое зрелище, похожее на зарево пожара, охватившее сразу полнеба.
Вторая подряд мощная вспышка на Солнце произошла вечером 7 сентября, сообщают "Известия " со ссылкой на данные Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Физинститута РАН. Напомним, первая вспышка произошла всего за сутки до этого. Она была признана самой крупной за последние 12 лет. Чем опасны для людей такие явления и какие могут иметь последствия – в рубрике "Вопрос-ответ".
Чем опасны вспышки на Солнце?
Такие явления способны привести к отказу космической техники. Неполадки с работой космической техники, в частности, были зафиксированы в Америке и Европе. В Минобороны России сообщили, что мощнейшие вспышки на Солнце не отразились на работе военных спутников страны.
Также возможны перебои в работе радиотехнических систем: связь, навигация, GPS, ГЛОНАСС.
Это происходит потому, что во время вспышек в Космос выбрасывается огромное количество энергии - до триллиона мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это пятая часть энергии, излучаемой Солнцем за одну секунду, или вся энергия, которую может выработать энергетика Земли за миллион лет.
Повлияют ли эти мощные вспышки на людей?
Вспышки на Солнце доходят до Земли в виде геомагнитных бурь. Ученые отмечают, что произошедший 6 сентября взрыв на Солнце случился в точке, обращенной в сторону нашей планеты, поэтому воздействие на нашу планету будет максимальным.
8 и 9 сентября ожидается новый выброс коронарной массы, связанный с рекордной солнечной вспышкой. В свою очередь, масштабное движение плазмы после 9 сентября приведет к изменениям в магнитном поле Земли. В субботу Землю ожидает сильная магнитная буря со всеми последствиями и для техники, и для людей.
На кого влияют магнитные бури и как от них защититься?
Здоровые люди легко переносят магнитные бури. Сложнее приходится людям в возрасте, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями. Им следует не забыть вовремя принять таблетки. Медики не исключают роста гипертонических кризов.
Отмечено, что в дни бурь в три раза увеличивается количество инфарктов, в полтора – приступов стенокардии. Кроме того, геомагнитную активность обычно плохо переносят люди с избыточной массой тела и страдающие от вегетососудистой дистонии.
Наиболее частые жалобы: головная боль, беспричинная усталость. Ученые выяснили, за сутки до бури ток крови сильно замедляется. Врачи рекомендуют избегать чрезмерных физических нагрузок, а также не поддаваться стрессам.
При этом некоторые ученые не верят в то, что вспышки на Солнце всерьез могут влиять на здоровье человека. Они связывают ухудшение самочувствия с самовнушением.
Так, научный руководитель Московского космического клуба Иван Моисеев заявил РИА "Новости ", что влияние вспышек на Солнце, даже столь сильных, на состояние здоровья землян до сих пор не доказано. В то же время эксперт отметил, что так называемый "эффект плацебо" от чтения сообщений о возросшей активности может привести к ухудшению состояния людей.
Три сильных вспышки на Солнце зафиксировали астрономы за последнюю неделю. Первая из них названа самой мощной за последние двенадцать лет.
Чем опасно это астрономическое явление и к каким последствиям могут привести – читайте в подборке самых важных фактов от сайта "24".
Что же такое солнечная вспышка?
Это сверхмощный процесс выделения световой, тепловой и кинетической энергии во всех слоях солнечной атмосферы. Он длится несколько минут, высвобождая при этом миллиарды мегатонн энергии в тротиловом эквиваленте.
Каких видов бывает?
Взрывы на Солнце классифицируют по пяти видам: A, B, C, M, X. Вспышка типа А характеризуется минимальной степенью рентгеновского излучения – 10 нановатт на квадратный метр, а каждый следующий вид интенсивнее предыдущего в 10 раз. Самыми мощными и наиболее опасными считаются вспышки класса X. Именно за последние несколько дней, причем одной из них присвоен балл X9.3.
Взрыв на Солнце класса Х: смотрите видео
Почему возникает?
Вспышка на Солнце обычно происходит вблизи нейтральной линии магнитного поля, которое отделяет участки северной и южной полярности. Ее частота и мощность зависит от фазы солнечного цикла. Недавние вспышки заметили в геоэффективной области возле линии Солнце – Земля, откуда влияние Солнца на нашу планету является максимальным.
Чем опасна?
Каждая вспышка на Солнце образует облако плазмы, которая, достигая Земли, может вызвать магнитные бури. Сейчас на нашей планете, по данным ученых Физического института Академии наук, происходит Ее мощность в 10 раз больше, чем предполагалось. Также ученые связывают возникновение природных катаклизмов, таких как тайфуны, ураганы и землетрясения со вспышками на Солнце.
В подтверждение этому факту – мощный , который пронесся по Техасу в конце августа, вызвав сильное наводнение в Хьюстоне, и , который уже унес жизни 14 человек, продолжая свирепствовать в Карибском море. Колоссальный ущерб нанесло и , которое может перерасти в цунами.
