Солнце испускает солнечную вспышку. Изображение от 20 июня 2013 года. (Изображение предоставлено: NASA/SDO)
Солнечная вспышка – это интенсивный всплеск электромагнитного излучения, возникающий в атмосфере Солнца, слоях разреженного, но горячего газа, которые находятся над его видимой поверхностью, или фотосферой.
Огромное количество энергии, высвобождаемое при типичной солнечной вспышке, излучается в основном в ультрафиолетовой и рентгеновской части электромагнитного (ЭМ) спектра, на более коротких длинах волн с более высокой энергией, чем видимый свет. Солнечные вспышки могут нагревать близлежащий материал в солнечной атмосфере, выбрасывая огромные сгустки плазмы на Землю в так называемом корональном выбросе массы.
Атмосфера Земли отфильтровывает большинство этих длин волн, поэтому спутники и специализированные приборы на борту космических аппаратов являются основными способами обнаружения учеными высокоэнергетического излучения вспышек. Однако видимый световой компонент вспышки можно наблюдать с Земли с помощью специализированных телескопов для наблюдения за Солнцем, которые отфильтровывают все волны, кроме узкого диапазона длин волн. В редких случаях мощные вспышки можно даже заметить, как интенсивные, похожие на звезды точки света, выделяющиеся на фоне диска Солнца при безопасной проекции через телескоп. (1)
«Солнечные вспышки классифицируются в зависимости от того, насколько они ярки в мягких рентгеновских лучах,» – рассказала Стефани Ярдли, специалист по космической погоде из Лаборатории космических наук Малларда при Университетском колледже Лондона (Великобритания). «Самые слабые вспышки относятся к классу A или B, а самые сильные – к C, M или Х-классу. Каждая буква означает увеличение энергии в 10 раз, а внутри каждого класса существует шкала чисел от 1 до 9. Самым сильным событием в истории было событие Кэррингтона в 1859 году [названное в честь английского астронома Ричарда Кэррингтона, который случайно заметил его во время наблюдения за Солнцем], пик мягкого рентгеновского излучения которого оценивается в X45. Вторым по силе событием была солнечная вспышка класса X35 4 ноября 2003 года.»
Недавние солнечные вспышки в 2022 году
Сила и частота вспышек, наряду со многими другими аспектами солнечной активности, меняется в рамках «солнечного цикла», который длится примерно 11 лет. Это время, необходимое для формирования упорядоченного глобального магнитного поля среди бурлящей плазмы Солнца, которое затем усиливается, запутывается и полностью разрушается. Образование петель магнитного поля, солнечных пятен и вспышек происходит в середине этого цикла, называемого солнечным максимумом. По мере приближения текущего солнечного максимума (по прогнозам, он наступит около 2024 года) количество вспышек в настоящее время резко возрастает.
Топ-5 солнечных вспышек 2022 года (по состоянию на 6 июля 2022 года)
| Солнечный цикл | Дата | Область | Начало | Максимум | Конец | |
| 1 | X2,2 | 20.04.2022 | 2992 | 03:41 | 03:57 | 04:04 |
| 2 | X1,5 | 10.05.2022 | 3006 | 13:50 | 13:55 | 13:59 |
| 3 | X1,3 | 30.03.2022 | 2975 | 17:21 | 17:37 | 17:46 |
| 4 | X1,1 | 03.05.2022 | — | 13:08 | 13:25 | 13:31 |
| 5 | X1,1 | 17.04.2022 | 2994 | 13:37 | 13:47 | 13:52 |
Вы можете посетить сайт SpaceWeatherLive, откуда взяты данные для приведенной выше таблицы, и посмотреть 50 самых сильных солнечных вспышек за каждый год с 1996 года.
Происхождение вспышек
Вспышки образуются в областях, где петли магнитного поля проходят через солнечную атмосферу. Возникая в результате вращения плазмы (электрически заряженного горячего газа) внутри Солнца, эти петли выходят на поверхность. Более холодные области вокруг точек входа и выхода выглядят как темные солнечные пятна среди более горячего и яркого газа, а петли также направляют относительно холодный газ вдоль себя, выглядя как темные «нити» на фоне фотосферы или как розоватые выступы по краям или лимба Солнца (лучше всего видны во время полного солнечного затмения).
Вспышка возникает, когда нижние области магнитной петли сжимаются в области атмосферы, называемой нижней короной. Это приводит к «короткому замыканию» магнитного поля – повторному соединению гораздо ближе к поверхности и разрыву материала над ней. Поскольку магнитная петля высоко над поверхностью несет гораздо больше энергии, чем петля ниже, эти процессы повторного соединения могут высвободить огромное количество избыточной энергии. Это нагревает солнечную атмосферу вокруг точки повторного соединения до температуры от 10 до 20 миллионов градусов по Цельсию, что намного выше, чем 1 миллион градусов по Цельсию, как это обычно бывает, заставляя его испускать сильный всплеск радиации. (2)
Две массивные группы солнечных пятен, известные как AR 2993 и AR 2994, стали видны несколько дней назад на северо-восточном лимбе Солнца после того, как стали активными, будучи еще скрытыми солнечным диском. (Фотография предоставлена: Национальная обсерватория Лангкави, MYSA/MOSTI)
Корональные выбросы массы и протонные штормы
Астрономы используют термин «вспышка» именно для обозначения всплеска энергии и излучения на Солнце, но он связан с целым рядом других эффектов. Например, материал солнечной атмосферы, нагретый вспышкой, может начать бурно расширяться, образуя в итоге корональный выброс массы, или CME – огромное облако частиц, выброшенных в определенном направлении, которому может потребоваться несколько дней, чтобы достичь орбиты Земли.
Самые мощные вспышки также вызывают эффект, называемый солнечным протонным штормом, поскольку ударная волна от расширяющейся CME ускоряет близлежащие протоны (субатомные заряженные частицы), выталкивая их наружу с гораздо большей скоростью, чем сама CME. В некоторых случаях, когда магнитное поле Солнца имеет благоприятную ориентацию, протоны могут достигать значительной доли скорости света. ЭМ-излучение от вспышки достигает Земли чуть более чем за 8 минут, но самые быстрые протонные штормы могут появиться всего через 30 минут или около того.
Воздействие на Землю
Высокоэнергетическое рентгеновское и ультрафиолетовое излучение солнечной вспышки поглощается в верхних слоях атмосферы нашей планеты, а магнитное поле Земли в значительной степени отклоняет солнечные протоны, что помогает защитить Землю от наиболее опасных последствий этих солнечных событий. Однако солнечные вспышки все же могут оказать значительное воздействие на Землю. Отдельные атомы и молекулы газа в атмосфере Земли становятся ионизированными, или электрически заряженными, когда они поглощают излучение от вспышек. Это может создать помехи для коротковолновой радиосвязи, которая основана на отражении сигналов от заряженных газов в ионосферном слое. Электрические токи, протекающие через ионизированные газы и внутри протонного шторма, могут также исказить общую структуру магнитного поля Земли (хотя и не так сильно, как CME, которые могут ударить позже).
«Вспышки X-класса могут вызвать перебои в радиосвязи и длительные радиационные бури в верхних слоях атмосферы Земли,» – сказала Ярдли. «M-класс также может вызывать отключения радиосвязи в полярных регионах Земли наряду с небольшими радиационными бурями.»
Магнитное поле Земли. Реальные текстуры Земли получены от НАСА. (Изображение предоставлено: alxpin / Getty Images)
Солнечные вспышки могут представлять небольшую прямую опасность для жизни на Земле, но как насчет астронавтов за пределами атмосферы? В 2005 году эксперты НАСА рассмотрели возможные последствия протонной бури для будущих космических полетов. Они пришли к выводу, что те, кто находится внутри защитной магнитосферы Земли, будут в относительной безопасности, но астронавты, находящиеся в открытой среде – например, на поверхности Луны – будут подвержены лучевой болезни после бомбардировки солнечными протонами. (3)
В целом, однако, вспышки представляют большую опасность для человеческой техники, чем для самих людей. Рентгеновские лучи, ударяющие в спутник, могут ионизировать его материалы, а протоны могут наэлектризовать внешние поверхности этих материалов, вызывая короткие замыкания и сбои в работе. Энергия, попадающая в верхние слои атмосферы, может также вызвать нагрев и расширение газов, что увеличивает сопротивление спутников и приводит к срыву их орбит. В феврале 2022 года флот из более чем 40 мини-спутников Starlink был потерян таким образом вскоре после запуска. (4)
Угроза супервспышки?
Возможно, удивительно, что красные карликовые звезды, которые обычно намного тусклее и холоднее Солнца, способны производить вспышки с гораздо более высокой общей энергией из-за различий в их внутренней структуре. Может ли наше Солнце когда-нибудь удивить нас такой сильной вспышкой?
«Супервспышки производятся звездами, которые имеют очень сильные магнитные поля и, следовательно, связаны с более сильной активностью, чем наше Солнце,» – сказала Ярдли. «Однако супервспышки происходят и на звездах, похожих на наше Солнце. Данные, полученные в результате изучения изотопов углерода, обнаруженных в кольцах деревьев, свидетельствуют о том, что супервспышки могли возникать на нашем Солнце тысячи лет назад и, следовательно, могут происходить в будущем – но эти события крайне редки.»
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
