В 2012 году нас ждет огромный фейерверк. Согласно некоторым прогнозам, солнечный максимум Солнечного цикла 24 еще более энергичен, чем последний солнечный максимум в 2002-2003 годах (помните все эти рекордные вспышки X-класса?). Солнечные физики уже воодушевлены этим следующим циклом, и новые методы прогнозирования находят хорошее применение. Но мы должны волноваться?
Статьи по теме 2012:
- 2012: нет геомагнитного обращения (опубликовано 3 октября 2008 г.)
- 2012: солнечная вспышка без убийцы (опубликовано 21 июня 2008 г.)
- 2012: Планета X - это не Нибиру (опубликовано 19 июня 2008 г.)
- 2012: нет планеты X (опубликовано 25 мая 2008 г.)
- Нет конца света в 2012 году (опубликовано 19 мая 2008 г.)
Согласно одному из многих сценариев Судного дня, с которыми мы познакомились в преддверии «конца света» в 2012 году, который был основан на пророчествах майя, этот сценарий фактически основан на некоторой науке. Более того, может быть некоторая корреляция между 11-летним солнечным циклом и временными циклами, отмеченными в календаре майя, возможно, эта древняя цивилизация понимала, как магнетизм Солнца претерпевает изменения полярности каждые десять лет или около того? Кроме того, в религиозных текстах (например, в Библии) говорится, что мы должны предстать перед судным днем, включающим много огня и серы. Похоже, что наша ближайшая звезда зажжет заживо 21 декабря 2012 года!
Прежде чем перейти к выводам, сделайте шаг назад и продумайте это до конца. Подобно большинству различных способов, которыми мир завершится в 2012 году, возможность того, что Солнце взорвет огромную, разрушающую Землю солнечную вспышку, очень привлекательна для тех, кто думает об этом. Но давайте посмотрим, что на самом деле происходит во время солнечной вспышки, направленной на Землю: Земля на самом деле очень хорошо защищена. Хотя некоторые спутники не могут быть ...
Земля эволюционировала в высоко радиоактивной среде. Солнце постоянно выпускает высокоэнергетические частицы со своей магнитно доминирующей поверхности как солнечный ветер. Во время солнечного максимума (когда Солнце наиболее активно) Земле может не повезти, чтобы он смотрел вниз на ствол взрыва с энергией 100 миллиардов атомных бомб размером с Хиросиму. Этот взрыв известен как солнечная вспышка, последствия которой могут вызвать проблемы на Земле.
Прежде чем мы рассмотрим побочные эффекты Земли, давайте взглянем на Солнце и кратко поймем, почему оно так злится каждые 11 лет или около того.
Солнечный цикл
Во-первых, Солнце имеет натуральный цикл с периодом около 11 лет. В течение жизни каждого цикла линии магнитного поля Солнца перемещаются вокруг солнечного тела посредством дифференциального вращения на солнечном экваторе. Это означает, что экватор вращается быстрее, чем магнитные полюса. Пока это продолжается, солнечная плазма увлекает линии магнитного поля вокруг Солнца, вызывая стресс и накопление энергии (иллюстрация этого изображена). Когда магнитная энергия увеличивается, изгибы в форме магнитного потока, выталкивая их на поверхность. Эти перегибы известны как корональные петли, которые становятся более многочисленными в периоды высокой солнечной активности.
Это то место, где появляются солнечные пятна. По мере того, как корональные петли продолжают всплывать над поверхностью, появляются и солнечные пятна, часто расположенные у подножий петель. Корональные петли имеют эффект отодвигания более горячих поверхностных слоев Солнца (фотосферы и хромосферы) в сторону, обнажая более холодную конвекционную зону (причины, по которым солнечная поверхность и атмосфера теплее, чем внутренняя часть Солнца, обусловлены явлением коронального нагрева) , По мере накопления магнитной энергии мы можем ожидать, что все больше и больше магнитного потока будут вынуждены вместе. Это когда происходит явление, известное как магнитное переподключение.
Переподключение является спусковым крючком для солнечных вспышек различных размеров. Как сообщалось ранее, солнечные вспышки от «нанофларов» до «вспышек X-класса» - очень энергичные события. Конечно, самые большие вспышки генерируют достаточно энергии для 100 миллиардов атомных взрывов, но не позволяйте этой огромной цифре беспокоить вас. Для начала, эта вспышка происходит в низкой короне, прямо возле солнечной поверхности. Это почти 100 миллионов миль (1AU). Земля не близко к взрыву.
Поскольку солнечные линии магнитного поля выделяют огромное количество энергии, солнечная плазма ускоряется и ограничивается магнитной средой (солнечная плазма - это перегретые частицы, такие как протоны, электроны и некоторые легкие элементы, такие как ядра гелия). Поскольку частицы плазмы взаимодействуют, рентгеновские лучи могут генерироваться, если условия и тормозное излучение возможно. (Тормозное излучение возникает, когда заряженные частицы взаимодействуют, что приводит к рентгеновскому излучению.) Это может создать рентгеновскую вспышку.
Проблема с рентгеновскими солнечными вспышками
Самая большая проблема с рентгеновской вспышкой состоит в том, что мы получаем небольшое предупреждение, когда это произойдет, поскольку рентгеновские лучи движутся со скоростью света (одна из рекордных солнечных вспышек 2003 года изображена слева). Рентгеновские лучи от вспышки класса X достигнут Земли примерно через восемь минут. Когда рентгеновские лучи попадают в нашу атмосферу, они поглощаются в самом внешнем слое, называемом ионосферой. Как можно догадаться из названия, это высоко заряженная, реактивная среда, полная ионов (атомных ядер и свободных электронов).
Во время мощных солнечных событий, таких как вспышки, скорости ионизации между рентгеновскими лучами и атмосферными газами увеличиваются в слоях области D и E ионосферы. В этих слоях происходит внезапное увеличение производства электронов. Эти электроны могут создавать помехи для прохождения радиоволн через атмосферу, поглощая коротковолновые радиосигналы (в высокочастотном диапазоне), возможно, блокируя глобальные коммуникации. Эти события известны как «Внезапные ионосферные нарушения» (или SID), и они становятся обычным явлением в периоды высокой солнечной активности. Интересно, что увеличение электронной плотности во время SID ускоряет распространение радио очень низкой частоты (VLF), явление, которое ученые используют для измерения интенсивности рентгеновских лучей, приходящих от Солнца.
Корональные выбросы массы?
Рентгеновские солнечные вспышки являются лишь частью истории. Если условия правильные, выброс корональной массы (CME) может произойти в месте вспышки (хотя любое явление может происходить независимо). CME медленнее, чем распространение рентгеновских лучей, но их глобальное воздействие здесь, на Земле, может быть более проблематичным. Они не могут путешествовать со скоростью света, но они все еще путешествуют быстро; они могут путешествовать со скоростью 2 миллиона миль в час (3,2 миллиона км / час), что означает, что они могут добраться до нас за считанные часы.
Именно здесь много усилий уделяется прогнозированию космической погоды. У нас есть горстка космических кораблей, сидящих между Землей и Солнцем на лагранжиане Земля-Солнце (L1) точка с датчиками на борту для измерения энергии и интенсивности солнечного ветра. Если CME проходит через их местоположение, энергетические частицы и межпланетное магнитное поле (IMF) могут быть измерены напрямую. Одна миссия под названием Advanced Composition Explorer (ACE) находится в L1 указывает и предоставляет ученым до часа уведомление о приближении CME. ACE объединяется с Солнечной и Гелиосферной обсерваторией (SOHO) и Обсерваторией солнечных земных связей (STEREO), поэтому CME можно отслеживать из нижней короны в межпланетное пространство через L1 указывают на Землю. Эти солнечные миссии активно работают вместе, чтобы предоставить космическим агентствам предварительное уведомление о ориентированной на Землю CME.
Так что, если CME достигнет Земли? Для начала многое зависит от магнитной конфигурации МВФ (от Солнца) и геомагнитного поля Земли (магнитосферы). Вообще говоря, если оба магнитных поля выровнены с полярностями, указывающими в одном и том же направлении, весьма вероятно, что СМЕ будет отталкиваться от магнитосферы. В этом случае СМЕ будет скользить мимо Земли, вызывая некоторое давление и искажения в магнитосфере, но в остальном проходя без проблем. Однако, если линии магнитного поля имеют антипараллельную конфигурацию (то есть магнитные полярности в противоположных направлениях), магнитное переподключение может происходить на передней кромке магнитосферы.
В этом случае МВФ и магнитосфера объединятся, соединяя магнитное поле Земли с Солнцем. Это создает сцену для одного из самых впечатляющих событий в природе: полярного сияния.
Сателлиты в опасности
Поскольку магнитное поле CME соединяется с Землей, частицы высокой энергии вводятся в магнитосферу. Из-за давления солнечного ветра линии магнитного поля Солнца будут складываться вокруг Земли, охватывая нашу планету. Частицы, впрыскиваемые на «дневной стороне», будут направляться в полярные регионы Земли, где они взаимодействуют с нашей атмосферой, генерируя свет в виде сияний. В течение этого времени пояс Ван Аллена также станет «сверхзаряженным», создав область вокруг Земли, которая может вызвать проблемы у незащищенных космонавтов и любых неэкранированных спутников. Чтобы узнать больше об ущербе, который может быть причинен космонавтам и космическим кораблям, ознакомьтесь с разделом «Радиационная болезнь, повреждение клеток и повышенный риск развития рака для долгосрочных миссий на Марс" а также "Новый транзистор может вызвать проблему космического излучения.”
Как будто излучения от пояса Ван Аллена было недостаточно, спутники могли бы поддаться угрозе расширяющейся атмосферы. Как и следовало ожидать, как если бы Солнце попало на Землю с помощью рентгеновских лучей и CME, неизбежно произойдет нагревание и глобальное расширение атмосферы, возможно, посягая на орбитальные высоты спутников. Если не остановить, эффект аэробрейкинга на спутниках может привести к их замедлению и падению высоты. Аэробрейкинг широко использовался в качестве космического полета орудие труда замедлить космический корабль, когда он будет выведен на орбиту вокруг другой планеты, но это отрицательно скажется на спутниках, вращающихся вокруг Земли, поскольку любое замедление скорости может привести к его повторному входу в атмосферу.
Мы тоже чувствуем влияние на земле
Несмотря на то, что спутники находятся на переднем крае, при сильном всплеске энергичных частиц, попадающих в атмосферу, мы можем почувствовать неблагоприятные последствия и здесь, на Земле. Из-за рентгеновской генерации электронов в ионосфере некоторые формы коммуникации могут стать неоднородными (или могут быть удалены все вместе), но это еще не все, что может произойти. В частности, в высокоширотных областях через эти ионосферы через эти ионосферы могут образовываться огромные электрические токи, известные как «электроджеты». С электрическим током приходит магнитное поле. В зависимости от интенсивности солнечной бури, здесь, на земле, могут возникать токи, что может привести к перегрузке национальных электрических сетей. 13 марта 1989 года шесть миллионов человек потеряли электроэнергию в канадском Квебеке после того, как огромное увеличение солнечной активности вызвало всплеск земных токов. Квебек был парализован в течение девяти часов, пока инженеры работали над решением проблемы.
Может ли наше Солнце произвести вспышку убийцы?
Короткий ответ на это «нет».
Более длинный ответ немного сложнее. В то время как солнечная вспышка от Солнца, направленная прямо на нас, может вызвать вторичные проблемы, такие как повреждение спутника и травмы незащищенных космонавтов и затемнения, сама вспышка не достаточно мощна, чтобы разрушить Землю, конечно, не в 2012 году. Я осмелюсь сказать, в далекое будущее, когда Солнце начнет исчерпывать топливо и раздуваться в красного гиганта, это может быть плохой эрой для жизни на Земле, но у нас есть несколько миллиардов лет, чтобы ждать этого. Может даже быть возможность запуска нескольких вспышек класса X, и по чистой случайности мы можем получить удар по серии CME и рентгеновских вспышек, но ни один из них не сможет преодолеть нашу магнитосферу, ионосферу и плотную атмосферу под землей.
«Убийца» солнечных вспышек иметь наблюдалось на других звездах. В 2006 году обсерватория НАСА «Свифт» увидела самую большую звездную вспышку, когда-либо наблюдавшуюся за 135 световых лет. По оценкам, высвободили энергию в 50 миллионов триллион атомные бомбы, вспышка II Пегаса уничтожит большую часть жизни на Земле, если наше Солнце выпустит рентгеновские лучи от вспышки этой энергии на нас. Тем не менее, наше Солнце не II Пегасы. II Pegasi - красная звезда-гигант с двойным партнером на очень близкой орбите. Считается, что гравитационное взаимодействие с его двойным партнером и тот факт, что II Pegasi является красным гигантом, является коренной причиной этого энергетического всплеска.
Сомневающиеся указывают на Солнце как на возможный источник убийцы Земли, но факт остается фактом: наше Солнце является очень стабильной звездой. У него нет бинарного партнера (например, II Pegasi), он имеет предсказуемый цикл (приблизительно 11 лет), и нет никаких доказательств того, что наше Солнце способствовало любому массовому вымиранию в прошлом через огромную земную вспышку. Наблюдаются очень большие солнечные вспышки (например, вспышка белого света Каррингтона 1859 года)… но мы все еще здесь.
Солнечные физики удивлены тем, что отсутствие солнечной активности в начале этого 24-го солнечного цикла, что привело к тому, что некоторые ученые предположили, что мы можем оказаться на грани другого минимума Маундера и «Маленького ледникового периода». Это резко контрастирует с прогнозом НАСА, проведенным физиком-солнечником в 2006 году, что этот цикл будет «унылым».
Это приводит меня к выводу, что нам еще предстоит долгий путь при прогнозировании солнечных вспышек. Хотя прогноз космической погоды улучшается, пройдет еще несколько лет, пока мы не сможем достаточно точно прочитать Солнце, чтобы с уверенностью сказать, насколько активным будет солнечный цикл. Таким образом, независимо от пророчества, предсказания или мифа, нет никакого физического способа сказать, что Земля будет поражена Любые вспышка, не говоря уже о большой в 2012 году. Даже если большая вспышка ударит нас, это не будет событием исчезновения. Да, спутники могут быть повреждены, вызывая вторичные проблемы, такие как потеря GPS (которые мощь например, нарушить управление воздушным движением), или электрические сети могут быть перегружены авроральными электроструями, но ничего более экстремального, чем это.
Но держитесь, чтобы обойти эту проблему, теперь прорицатели говорят нам, что большая солнечная вспышка буду ударит нас так же, как геомагнитное поле Земли ослабевает и меняет направление, оставляя нас незащищенными от разрушительного действия CME… Причины, по которым этого не произойдет в 2012 году, достойны отдельной статьи. Итак, обратите внимание на следующую статью 2012 года «2012: нет геомагнитного обращения“.
Основные изображения: MIT (моделирование сверхновых), NASA / JPL (солнечная активная область в EUV). Эффекты и редактирование: я.
