Солнечная вспышка – взрывной процесс выделения энергии (кинетической, световой и тепловой) в верхних слоях Солнца.
Вспышки охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону. Сразу отметим, что солнечные вспышки и корональные выбросы массы являются различными и независимыми проявлениями солнечной активности.
Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности, а точнее вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Энерговыделение мощной солнечной вспышки может достигать 6×10 25 Дж, что составляет 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте или приблизительный объем мирового потребления электроэнергии за 1 миллион лет.
Анимация, показывающая две солнечные вспышки (X2.2, X9.3), произошедшие 6 сентября 2017 года. Credit: SDO
Вспышки – это самые большие взрывные события Солнечной системы. Они видны яркими областями на Солнце и могут длиться от нескольких минут до нескольких часов. Фотоны от вспышки достигают Земли примерно за 8,5 минут после ее начала; далее в течение нескольких десятков минут доходят мощные потоки заряженных частиц, а облака плазмы достигают нашей планеты только через двое-трое суток.
Интенсивность вспышек на Солнце
Энергию вспышки определяют в видимом диапазоне электромагнитных волн по произведению площади свечения в линии излучения водорода, характеризующей нагрев нижней хромосферы, на яркость этого свечения, связанную с мощностью источника.
Также используют классификацию, основанную на непрерывных однородных измерениях амплитуды теплового рентгеновского всплеска в диапазоне энергий 0,5-10 кэВ (с длиной волны 0,5-8 ангстрем), проводимых некоторыми искусственными спутниками Земли.
Согласно классификации, которая была предложена в 1970 году Д.Бейкером, солнечной вспышке присваивается балл - обозначение из латинской буквы и индекса за ней. Буквой может быть A , B , C , M или X в зависимости от величины пика интенсивности рентгеновского излучения.
Вспышки на Солнце онлайн
Выбор для классификации вспышек рентгеновского диапазона обусловлен более точной фиксацией процесса: если в оптическом диапазоне даже крупнейшие вспышки увеличивают излучение на доли процентов, то в области мягкого рентгеновского излучения (1 нанометр) - на несколько порядков, а жесткое рентгеновское излучение спокойным Солнцем не создается вообще и образуется исключительно во время вспышек.
Обсерватория «Solar Dynamics Observatory» захватила солнечную вспышку (X8.2) 10 сентября 2017 года. На изображении показана комбинация длин волн ультрафиолетового света, выделяющая чрезвычайно горячий материал во вспышках. Credits: NASA/SDO/Goddard
Регистрация рентгеновского излучения Солнца, так как оно полностью поглощается атмосферой Земли, началась с первого запуска космического аппарата «Спутник-2», поэтому данные об интенсивности рентгеновского излучения солнечных вспышек до 1957 года полностью отсутствуют.
Опасны или нет? Влияние солнечных вспышек
Солнечные вспышки имеют прикладное значение при исследовании элементного состава поверхности небесного тела с разреженной атмосферой или при ее отсутствии, выступая в роли возбудителя рентгеновского излучения для рентгенофлуоресцентных спектрометров, установленных на борту космических аппаратов.
Жесткое ультрафиолетовое и рентгеновское излучение вспышек - основной фактор, ответственный за формирование ионосферы, способный также существенно менять свойства верхней атмосферы Земли: плотность ее существенно повышается, что ведет к быстрому снижению высоты орбиты искусственных спутников (до 1 километра в сутки).
Плазменные облака, выбрасываемые во время вспышек, приводят к возникновению геомагнитных бурь, которые определенным образом влияют на технику и самочувствие людей. Раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца и вызываемых ею возмущений земной магнитосферы на организмы, называется гелиобиологией. Также вспышки создают полярное сияние, чаще всего вблизи полюсов.
Геомагнитные бури
Геомагнитная буря – возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток.
Геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущенных потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли.
Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет четкую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума.
Классификация магнитных бурь
K-индекс – это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала . Индекс был введен Юлиусом Бартельсом в 1938 году и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (00:00 – 03:00, 03:00 – 06:00, 06:00 – 09:00 и т. д.) мирового времени.
Kp-индекс – это планетарный индекс . Вычисляется как среднее значение К-индексов, определенных на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.
G-индекс – пятибалльная шкала силы магнитных бурь , которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т. д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 соответствует Kp=6 и т.д.
Магнитные бури онлайн. Прогноз магнитных бурь
Роль звездных вспышек в зарождении жизни
Как ни странно, ученые полагают, что . Мощные солнечные взрывы, возможно, имели решающую роль в разогреве Земли. Выбрасываемая энергия превратила простые молекулы в сложные, такие как ДНК и РНК, необходимые для жизни.
Около 4 миллиардов лет назад Земля получала лишь 70% энергии от Солнца, по сравнению с тем, что мы имеем сегодня. Это означает, что наша планета должна была быть . Вместо этого, геологические свидетельства говорят о том, что она была теплой и имела океаны жидкой воды. Ученые называют это «Парадокс слабого молодого Солнца».
Солнце до сих пор производит вспышки и выбросы масс, но они не являются столь частыми и интенсивными, как ранее. Более того, на сегодняшний день , которое уберегает нас от большей части энергии, достигающей нашей планеты. Но наша молодая планета имела более слабое магнитное поле. Расчеты ученых показывают, что в то время частицы космической погоды путешествовали вниз по линиям магнитного поля, врезаясь в изобилие молекул азота в атмосфере, изменяя химию и создавая условия для жизни.
В тоже время, слишком большое количество энергии может быть губительно для молодых планет. , если магнитосфера слишком слаба. Понимание этих процессов поможет ученым определить, какие звезды и какие планеты могут быть гостеприимными для жизни.
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.
Череда мощных вспышек на солнце привела к заметным последствиям на нашей планете. Многие жалуются на плохое самочувствие, упадок сил, депрессии и головные боли.
6 сентября произошла самая сильная за последние 12 лет вспышка на Солнце. Ей был присвоен балл X9.3. Участок Солнца, на территории которого произошла вспышка, продолжал свою активность до 8 сентября. Он испустил еще 4 вспышки.
Чем опасны вспышки на солнце и к чему они приводят?
Магнитные бури
В ходе вспышек выделяется огромное количество энергии, сравнимое с миллиардами мегатонн в тротиловом эквиваленте. Огромные массы солнечных частиц устремляются к Земле. Под их воздействием электромагнитное поле нашей планеты деформируется, и происходят магнитные бури.
Магнитные бури вызывают уудшение состояния метеозависимых людей, обострения хронических заболеваний, перепады артериального давления. Некоторые могут отреагировать на бури ухудшением зрения.
Увеличение количества ДТП
Во время магнитных бурь происходит как бы сбой в нервной системе человека: она начинает заметно тормозить. Даже у здорового человека в эти дни может ослабеть внимание, а скорость реакции - уменьшиться в 3 раза. Поэтому, если есть возможность, за руль во время солнечных вспышек лучше не садиться. Дорогу следует переходить только по пешеходному переходу.
Увеличение количества инфарктов и инсультов
Установлено, что в период магнитных бурь растет количество инфарктов, поэтому все хронические больные должны принимать все назначенные им лекарственные препараты и ни в коем случае не пропускать прием.
Стрессы
Тяжело приходится в эти дни людям, которые страдают от стрессов, психических и нервных болезней. В этот период их состояние может обостриться. Таким людям следует избегать конфликтов, хорошо высыпаться и принимать успокаивающие отвары из трав.
Сбои систем связи и навигационной и космической техники
Солнечные вспышки негативно сказываются не только на самочувствии людей, но и на работе различных механизмов. Например, после произошедших на днях вспышек ухудшилось качество связи в странах Америки и Европы. Кроме того, возможны сбои в работе навигационной космической техники. Из строя могут быть выведены спутники, самолеты, а также GPS-навигация.
Опасность для космонавтов и пассажиров реактивных самолетов
Особую опасность вспышки на Солнце представляют для космонавтов, находящихся в открытом космосе. Мощные потоки протонов повышают уровень радиации, и если мы, находящиеся на Земле защищены от нее слоями атмосферы, то покорители космоса могут быть подвергнуты сильному облучению.
Также в большей степени подвергаются облучению пассажиры реактивных самолетов.
Северное сияние
Самым приятным побочным эффектом от солнечных вспышек могут быть зрелищные полярные сияния в нехарактерных для них широтах.
6 сентября на Солнце произошли две мощнейшие вспышки, причем вторая из них оказалась самой мощной за 12 лет, с 2005 года. Это событие вызвало нарушения радиосвязи и приема сигналов GPS на дневной стороне Земли, продолжавшиеся около часа.
Однако основные проблемы еще впереди
Солнечные вспышки — катастрофические явления на поверхности Солнца, вызванные пересоединением (перезамыканием) магнитных силовых линий, «вмороженных» в солнечную плазму. В какой-то момент экстремально скрученные линии магнитного поля обрываются и пересоединяются в новой конфигурации, при этом выделяется колоссальное количество энергии,
производящее дополнительный нагрев ближайших участков солнечной атмосферы и разгон заряженных частиц до околосветовых скоростей.
Солнечная плазма представляет собой газ электрически заряженных частиц и, стало быть, обладает своим собственным магнитным полем, причем солнечные магнитные поля и магнитные поля плазмы согласованы между собой. Когда плазма изгоняется из Солнца, концы ее магнитных линий остаются «привязанными» к поверхности. В результате магнитные линии сильно вытягиваются, пока, наконец, не порвутся от напряжения (подобно резинке, которую слишком сильно растянули) и не перезамкнутся заново, образовав новую конфигурацию, заключающую в себе уже меньшее количество энергии, — собственно, этот процесс и зовется пересоединением линий магнитного поля.
В зависимости от интенсивности солнечных вспышек ведется их классификация, причем в данном случае речь идет о самых мощных вспышках — X-класса.
Энергия, выделяемая при таких вспышках, эквивалентна взрывам миллиардов мегатонных водородных бомб.
Событие, классифицированное как X2.2, случилось в 11:57, а еще более мощное, X9.3, спустя всего три часа — в 14:53 (см. на сайте Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН )
Самая сильная солнечная вспышка, зафиксированная в современную эпоху, произошла 4 ноября 2003 года, и она была классифицирована как X28 (ее последствия не были столь уж катастрофичными, поскольку выброс не был направлен прямо на Землю).
Экстремальные солнечные вспышки могут сопровождаться также мощнейшими выбросами вещества из солнечной короны, так называемыми корональными выбросами массы. Это немного другое явление, для Земли оно может представлять и большую, и меньшую опасность — в зависимости от того, направлен ли выброс непосредственно на нашу планету. В любом случае последствия этих выбросов сказываются через 1-3 дня. Речь идет о миллиардах тонн вещества, летящего со скоростью сотен километров в секунду.
Когда выброс достигает окрестностей нашей планеты, заряженные частицы начинают взаимодействовать с ее магнитосферой, вызывая ухудшение «космической погоды». Высыпающиеся вдоль магнитных линий частицы вызывают полярные сияния в умеренных широтах, магнитные бури приводят к нарушению работы спутников, телекоммуникационного оборудования на Земле, ухудшению условий распространения радиоволн, метеозависимые люди страдают от головных болей.
Наблюдателям, особенно в высокоширотных регионах, в ближайшие дни советуют следить за небом и ждать особенно величественных авроральных явлений.
К тому же само Солнце еще может выдать новый фокус и разразиться новыми вспышками. Та же группа солнечных пятен, которая вызвала вспышки в среду, — ее ученые обозначают, как активную область 2673 — во вторник вызывала умеренную вспышку M-класса, которая также способна генерировать полярные сияния.
Впрочем, нынешним событиям далеко до так называемого события Кэррингтона — мощнейшей за всю историю наблюдений геомагнитной бури, разразившейся в 1859 году. С 28 августа по 2 сентября на Солнце наблюдались многочисленные пятна и вспышки. Британский астроном Ричард Кэррингтон наблюдал 1 сентября самую мощную из них, которая, вероятно, и вызвала крупный корональный выброс массы, достигший Земли за рекордное время — 18 часов. К сожалению, тогда еще не было современных приборов, однако последствия были наглядны для всех и без этого —
от интенсивных полярных сияний в районе экватора до искрящих телеграфных проводов.
Удивительно то, что нынешние события происходят на фоне понижения уровня солнечной активности, когда происходит завершение естественного 11-летнего цикла, когда уменьшается количество солнечных пятен. Впрочем, многие ученые напоминают, что именно на период снижения активности зачастую и приходятся мощнейшие вспышки, разражающиеся как бы напоследок.
«Нынешние события сопровождались интенсивным радиоизлучением, что указывает на возможные корональные выбросы массы, — заявил в интервью Scientific American Роб Стинберг из Space Weather Prediction Center (SWPC). — Тем не менее, нужно подождать, пока мы не получим дополнительно изображения с коронографа, которые захватили бы это событие. Тогда можно будет дать окончательный ответ».
Более ста лет назад деятели науки определили, что активность нашего светила напрямую влияет на многие процессы, происходящие на планете, в том числе и на здоровье человека. Одно из самых значимых явлений – вспышки, регулярно происходящие на поверхности Солнца.
Почему случаются вспышки на солнце
Как и остальные звезды, наше светило являет собой громадный шар, состоящий из раскаленного газа. Эта субстанция обращается вокруг невидимой оси, но несколько по другим законам, в отличие от твердых тел. Различные области звезды имеют разную скорость вращения. На полюсах это движение происходит с меньшей скоростью, а на экваторе вращение осуществляется быстрее. В процессе вращение магнитное поле звезды закручивается особым образом и поднимается над ее поверхностью, увлекая за собой раскаленную плазму. В таких местах активность увеличивается и образуются вспышки.
Другими словами, вращательная энергия светила преобразуется в магнитное состояние. Вспышки – это места высвобождения особенно большого скопления такой энергии. Проще представить этот процесс, если вспомнить, как светится обычная лампа накаливания. При слишком большом значении напряжения в сети лампа перегорит.
В процессе вспышки происходит высвобождение колоссального объема энергии. Любая такая вспышка эквивалентна взрыву миллиарда килотонн тротила. Этот объем энергии превышает энергию из всех известных на данное время запасов топлива на нашей планете одновременно.
Вспышка заставляет образовываться облакам плазмы, которые направляются в сторону нашей планеты под воздействием солнечного ветра. Этот процесс вызывает геомагнитные возмущения, называемые бурями. Они оказывают сильное воздействие на все, находящееся на планете.
Чем грозят вспышки на Солнце
Под воздействием устремляющейся от поверхности светила к Земле массы частиц Солнца происходит деформация электромагнитного поля Земли, что вызывает магнитную бурю. При этом от размера вспышки напрямую зависит объем энергии, посылаемой в направлении Земли и воздействие, оказываемое ею.
Учеными определено, что природные катастрофы и катаклизмы связаны с периодами активности Солнца. Было выяснено, что чаще всего тайфуны, землетрясения и ураганы образуются как раз в период активности светила. На основании периодичности вспышек на светиле строят прогнозы природных катастроф.
Негативное воздействие оказывается еще и на технику. После солнечных вспышек ухудшается в значительной степени качество связи, часто ломается космическое навигационное оборудование. Возникают сбои в функционале самолетов, спутников и GPS-навигации.
Особенно опасны солнечные вспышки для космонавтов, если они в это время находятся в открытом пространстве космоса. Под воздействием мощнейшего потока частиц протонов уровень радиоактивного воздействия многократно повышается. Жителей планеты от ее губительного воздействия защищает атмосфера. Космонавты же такой защиты лишены и могут подвергаться сильнейшему радиационному излучению. Подобный заряд излучения, но в меньшей степени, получают и пассажиры, находящиеся в реактивных самолетах.
Но есть у вспышек на Солнце и приятные явления, например, жители северных широт могут любоваться красивым полярным сиянием. При особенно сильных вспышках его можно наблюдать и в более южных районах.
Как влияют вспышки на солнце на человека
Последствия повышенной активности Солнца в той или иной степени чувствуют на себе все жители. Но в большей степени от нее страдают метеозависимые люди и некоторые возрастные группы:
- Дети в дни активности светила становятся особенно нервозными и плаксивыми, часто капризничают. Именно таким образом воздействуют губительные лучи на эмоциональное состояние малышей. В такие дни снижается иммунная защита , что может стать причиной развития самых разных болезней. В такие дни детям необходимо давать витамины фрукты и много воды.
- Пожилые люди ощущают активность ухудшением сердечной деятельности. Особенно опасно такое состояние при высоком артериальном . Солнечная активность ухудшает коронарное кровообращение, увеличивает концентрацию в крови холестерина. Правильным действием в такие моменты будет прием таблетки аспирина, разжижающего кровь. К тому же это лекарство снимет боль. Люди, перенесшие инсульты, инфаркты, больные ишемией и аритмией должны держать в зоне доступности прописанные лечащим врачом препараты.
- Водители автотранспортных средств также находятся в группе риска. Дело в том, что активность светила сказывается повышенной усталостью, потерей концентрации и внимания. В результате все реакции находящегося за рулем автотранспортного средства человека становятся медленнее. Поэтому лучше всего в такие дни не садиться за руль, а по возможности провести его дома.
Солнечная активность сказывается не только на физическом здоровье, но и психическом самочувствии человека. Даже абсолютно здоровые люди в такие дни испытывают повышенную нервозность, возбудимость и агрессию. Другие люди быстро утомляются, впадают в депрессию. У выбросы солнечной энергии вызывают обострение болезней. При этом рецидив продолжается и после окончания воздействия вспышки еще несколько дней.