Интересные факты о вспышках на солнце. Вспышки на солнце и магнитные бури

Курение

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/

«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?

ПопулярноЕ:

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.

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.

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.

Самое яркое светило нашей системы, несмотря на свою относительно спокойную жизнедеятельность, все же будоражит ученых. Время от времени на Солнце наблюдаются бури и вспышки, в результате которых высвобождается огромное количество энергии. Уже несколько десятилетий астрономы наблюдают за солнечной активностью, но все равно эти процессы остаются для них загадкой.

Что такое вспышка на Солнце?

Будучи самой яркой, а поэтому и самой горячей звездой, Солнце, его поверхность подвергается различным космическим явлениям. На нем могут возникать пятна, солнечные факелы, господствовать бури. Но вспышка на Солнце - явление довольно интересное и необыкновенное. Это очень сильный процесс, в результате которого выделяется огромное количество разного вида энергии: тепловой, световой, а также кинетической. Вся эта энергия во время вспышки вырывается наружу, солнечная плазма нагревается, и скорость ее излучения может достигнуть скорости света.

Естественно, все эти процессы отражаются на Земле. Вспышка на Солнце редко проходит незаметно, влияя как на атмосферы других планет, так и на атмосферу Земли.

Виды вспышек

Учеными выделено пять классов этой солнечной активности: А, В, С, М и Х. В зависимости от класса, количества выброшенной энергии и скорости этим категориям приписывают соответствующее числовое значение. Например, наиболее мощная вспышка на Солнце была зафиксирована астрономами в ноябре 2003 года. Ей был присвоен класс Х28. Во время этого процесса были повреждены датчики на одном из спутников NASA.

Во время вспышки класса Х на нашей планете могут наблюдаться помехи в радиосигналах и спутниковых трансляциях. Кроме этого, несколько дней могут продолжаться магнитные бури.

При вспышках М-класса наблюдаются слабые магнитные бури, а также перебои в сигналах, преимущественно в полярных районах. Все остальные вспышки не наносят существенного вреда нашей планете и заметны лишь в атмосфере Земли.

Причины возникновения

О том, почему возникает вспышка на Солнце, довольно долго рассуждали ученые. Все дело в том, что на поверхности светила появляются и исчезают пятна. У них наблюдается разная магнитная полярность, поэтому, когда пятна соприкасаются друг с другом или начинают как-то взаимодействовать, происходят магнитные вспышки на Солнце.

Сила таких явлений определяется площадью свечения, а она, в свою очередь, хорошо видна на специальном спектроскопическом телескопе. Именно этим аппаратом наблюдают за солнечной активностью в целом, и за бурями и вспышками в частности.

Сила Солнца

Солнечную активность наблюдают около 40 лет. За все это время произошло примерно 35 вспышек категории Х7 и выше. Всего же за 11 лет солнечного круга активности наблюдается немногим больше 37 тысяч вспышек.

Учеными зафиксированы самые сильные вспышки на Солнце. Одна из таких произошла в 1859 году, названная в дальнейшем "великой магнитной бурей". В этот период на Земле наблюдалось очень яркое северное сияние, практически во всех уголках. Кроме того, из строя вышли телеграфные приборы, была нарушена связь.

Наиболее ранней сильной вспышкой считается так называемая "супервспышка", произошедшая в 774 году. Ученые долго анализировали и отслеживали солнечную систему, прежде чем пришли к таким выводам. Считается, что после этой вспышки Земля подверглась влиянию радиоактивных и УФ-волн, которые двигались достаточно быстро, чтобы попасть в атмосферу земли и нанести ущерб.

В последнее время мощная вспышка зафиксирована в ноябре 2003 года, но ее активность губительно не отразилась на технике или здоровье людей.

Последствия вспышек

Слабая солнечная активность не приносит практически никаких существенных изменений на планете Земля. Чаще всего солнечные выбросы просто не долетают до нашей атмосферы. Но если выброс довольно сильный, он может нести опасность. Вспышки особенно сильно влияют на безопасность тех, кто в этот момент находится на орбите. Также может изменяться или прерываться спутниковая связь.

Кроме этого, солнечная активность может провоцировать магнитные бури. Вспышки на Солнце создают мощные выбросы плазмы, которые долетают до нашей планеты примерно через 2-3 дня, вступают в контакт с атмосферой и ионосферой Земли, вследствие чего и образуются магнитные бури. Это явление довольно безопасное, хотя может влиять на самочувствие метеозависимых людей.

У таких людей магнитные бури вызывают повышение давления, вследствие чего возникают головные боли. Человек ощущает себя слабым и разбитым, но через время эта слабость проходит.

Как улучшить самочувствие?

Так как примерно половина населения нашей планеты подвержена влиянию геомагнитных бурь, медики разработали рекомендации, позволяющие пережить "бурные дни" относительно спокойно.

Если вы метеочувствительны, ежедневно узнавайте о возможности возникновения магнитных бурь, чтобы быть готовым к их возникновению.
Держите возле себя необходимые препараты. Для гипертоников - понижающие давление, для гипотоников - повышающие. Тем, кто страдает головными болями, следует запастись препаратами от мигрени.
Принимайте различные водные процедуры - контрастный душ, плавание. Это укрепит вашу кровеносную систему, уменьшит риск ухудшения состояния. В магнитные дни рекомендуется принимать ванну с морской солью и эфирными маслами.
Накануне геомагнитных бурь избегайте употребления высококалорийных блюд, чрезмерного употребления кофе, острого и соленого, да и вообще переедания.
Нежелательно излишне нервничать в такие дни. Запаситесь позитивными эмоциями.
Если страдаете головными болями, изучите приемы точечного массажа. Он будет нелишним не только в дни солнечной активности, но и всегда, когда донимает мигрень.
В дни магнитных бурь поможет обычный магнитик с холодильника. Достаточно провести им по телу и голове, и вы улучшите свое здоровье, изменив заряд кровяных телец.

Изучение солнечной активности

Чтобы предотвратить ухудшение состояния населения, предупредить о возможных сбоях спутниковых сигналов и прочих негативных последствиях солнечных вспышек, астрономы и занимаются изучением активности светила. Ведь если разговоры о том, что процессы на Солнце влияют на самочувствие человека, остаются всего лишь разговорами, то влияние этих процессов на работу разнообразных приборов научно доказано.

В результате изучений был открыт так называемый 11-летний солнечный цикл. В результате этого учения доказано, что каждые одиннадцать лет активность светила может повторяться. Кроме того, на эти процессы могут иметь влияние разные планеты Солнечной системы.

До того как появились первые телескопы, солнечная активность также изучалась. Но изучение основывалось на наблюдении за светилом и полярными сияниями невооруженным глазом. Доказано, что эти явления напрямую связаны с происходящими на Солнце процессами.

В нынешнее время также доказано, что солнечная активность существенно влияет на погодные условия на всей планете: потепление или похолодание, приливы, изменение уровня рек и озер, возникновение атмосферных фронтов, численность гроз и количество осадков.

Некоторые исследования показывают, что изменение численности насекомых или некоторых животных, а также колебания жизненных показателей человека напрямую зависят от активности Солнца. Но все эти гипотезы находятся в стадии изучения.

В результате изучений процессов на Солнце фиксируется все, что происходит на поверхности светила. Фото вспышки на Солнце помогает более детально рассматривать силу взрыва и скорость движения плазмы.

Вместо эпилога

Как видим, солнечная активность частично касается жизнедеятельности и здоровья каждого живого существа, нормальной работы технических систем. Поэтому и изучается в космических центрах и обсерваториях такое явление, как вспышка на Солнце. Взрыв Солнца, как ее называют некоторые ученые, не представляет явной угрозы для Земли. По крайней мере, ближайшие несколько миллиардов лет, после чего может произойти мощнейшая вспышка, и светило прекратит свое существование.

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.

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.