В ожидании мощной вспышки на Солнце

Ученые предупреждают о необходимости лучше изучать метеорологию Солнца, чтобы заранее подготовиться к бурям на его поверхности, которые могут нанести ущерб земной инфраструктуре.

В сентябре 1859 года телеграфные линии в Великобритании и на восточном побережье США рухнули, убив электрическим током некоторых операторов. Одновременно в весьма низких широтах, в частности, на Балеарских островах, наблюдалось северное сияние. Оба явления имели одну и ту же причину: произошла мощнейшая зафиксированная в истории солнечная буря, которая была названа «событием Кэррингтона» в честь британского астронома, заметившего вспышку.

А что будет, если случится еще одно событие Кэррингтона? Некоторые ученые предупреждают, что чрезмерная зависимость современной цивилизации от электричества и электроники может повлечь за собой катастрофические последствия. Другие, наоборот, считают, что они будут носить лишь местный характер. Более того, весьма вероятно даже, что наводящая такой страх новая солнечная буря уже имела место, а мы ее даже не заметили.

В августовском номере журнала Physics World опубликована статья, описывающая катастрофические последствия такой бури и обращающая внимание на то, как мало мы все еще знаем о Солнце. Главная идея статьи состоит в том, что повторение события Кэррингтона неизбежно, причем даже в краткосрочной перспективе, и что уже разработана необходимая технология для ослабления его воздействия. В статье также указывается, что при определенных усилиях можно еще больше защититься от превратностей погоды на Солнце.

Одно из самых захватывающих явлений, происходящих на огромном магните, каковым является Солнце, состоит в том, что его полюса меняются местами приблизительно каждые 11 лет. Подобная смена магнитных полюсов происходит и на Земле, но только здесь это наблюдается каждые несколько сотен тысяч лет. Сейчас Солнце как раз завершает очередной цикл, и вероятность бурь на нем возрастает. Если вспышка будет достаточно большой, то может вызвать огромное выделение радиации, энергии и частиц, которые, в случае пересечения с траекторией Земли, нанесут значительный ущерб инфраструктуре ее обитателей.

Эти мощные извержения на поверхности Солнца вызывают солнечные бури, сопровождающиеся выбросами корональной массы. Это самые энергетически насыщенные явления, происходящие в Солнечной системе, в ходе которых образуются огромные пузыри плазмы и ионизированные частицы.

Событие Кэррингтона, в частности, высвободило 1022 килоджоулей энергии, что равно 10 миллиардам бомб, сброшенных на Хиросиму, считает автор статьи Эшли Дейл, научный сотрудник Бристольского университета. Сейчас он занят разработкой космических кораблей и спутников, способных выдерживать солнечные бури. Дейл входил в рабочую группу SolarMAX, созданную несколькими космическими агентствами с целью более глубокого изучения солнечных бур и выработке мер по защите от них.

Последствия, которые описывает в своей статье Дейл, столь же катастрофичны, сколь и вероятны. В космосе спутники и астронавты могут испытать воздействие солнечной радиации. В высоких слоях атмосферы, в частности, в самых высоких широтах, могут оказаться подверженными риску полеты самолетов. На земле трансформаторы высокого напряжения могут испытать такую перегрузку, которая вызовет массовое отключение электричества, включая такие учреждения, как больницы, не говоря уже об интернете. И все же британский исследователь не склонен к излишней драматизации.

«Только в последние годы мы стали понимать масштабы угрозы, которую таит в себе солнечная буря и то, как часто они происходят. Именно сейчас, будучи в большой степени зависимыми от электричества и нашей космической инфраструктуры, мы особенно уязвимы», – продолжает Дейл. Специалисты Национального исследовательского совета США подсчитали в 2008 году, что отключение спутников лишь в течение первого года повлечет за собой убытки в размере двух триллионов долларов. В прошлом году страховая компания Lloyd’s высказала предположение, что ущерб от еще одного события Кэррингтона обойдется мировой экономике в 2,6 триллиона долларов».

«Мы думаем, что это относительно умеренные цифры. Трудно подсчитать истинный масштаб ущерба в столь сложном и взаимозависимом мире как наш», – считает Дейл.

Буря каждые 150 лет

Солнечная буря достигает Земли в три этапа. В ходе первого, через несколько часов после солнечной вспышки, ионосфера подвергается сильному ультрафиолетовому излучению и гамма-излучению. Вслед за ним идут протоны и электроны с повышенным зарядом и кинетической энергией. Последней, через одни-три дня, приходит намагниченная плазма выбросов корональной массы, которая, взаимодействуя с магнитосферой, образует защитный слой вокруг планеты, не пропускающий к ней солнечный ветер. В обычных условиях наихудшим последствием такого взаимодействия является красивое северное сияние. Но если буря подобна событию Кэррингтона, то она может повредить все, что работает от электричества.

«Политики и лица, принимающие решения, должны осознать, что мощные бури не только несут в себе опасность, они, кроме того, неизбежны», – пишет британский исследователь. И даже указывает конкретную дату. Солнечная буря, подобная событию Кэррингтона, будет происходить каждые 150 лет. Она случилась в 1859 году, и некоторые физики оценивают в 12% того, что она ударит по Земле в следующем десятилетии.

Как считает научный сотрудник Института астрофизики Андалузии Хосе Карлос дель Торо, подобные расчеты не имеют под собой оснований. «У нас сейчас нет четко разработанных моделей, которые позволили бы предвидеть событие Кэррингтона каждые 150 лет. Исследования, связанные с прогнозированием погоды на Солнце, находятся в зачаточном состоянии, они еще хуже, чем метеорологические сводки 50-летней давности», – утверждает он, не исключая при этом, что еще одно событие Кэррингтона уже произошло.

Солнце всегда было неспокойным

Действительно, за последние годы случались сильные солнечные бури. В июле 2012 года, например, произошел двойной выброс корональной массы, подобный тому, что произошел в XIX веке. Но на Земле никто об этом не узнал, поскольку наша планета не находилась в полосе действия солнечной бури. Лишь последующий анализ данных солнечной обсерватории STEREO-A, для которой это стало полной неожиданностью, позволил узнать, как близка была Земля от катастрофы.

«Опасность реальная, более того, с каждым разом мы все более уязвимы, – напоминает Торо. – Вспышки на Солнце происходят вот уже тысячи лет, но это нормально для жизни звезды. Опасность исходит от нашей постоянно возрастающей технологической зависимости» Но мы не только не знаем того, когда это случится, но и в какой форме это произойдет.

Как считает испанский исследователь, разрушительный характер солнечной бури вовсе не означает, что она охватит всю Землю: «Надо просто исходить из того, что она может обрушиться на любую зону, особенно ближе к северу. Следовательно, стихийное бедствие не охватит районы, близко расположенные к экватору, где магнитная защита сильнее, а также, разумеется, ту сторону Земли, которая в момент удара стихии не будет обращена к Солнцу».
 
Кроме того, электромагнитные изменения будут носить локальный характер, равно как и ущерб, нанесенный инфраструктуре. Наиболее сильные солнечные бури последних лет (в марте 1989 и октябре 2003) вызвали в первом случае полное отключение электричества в течение девяти часов в Канаде и пожары на трансформаторных станциях высокого напряжения во втором.

Дель Торо согласен с британским исследователем в том, что необходимо больше изучать Солнце. Дейл в своей статье предлагает развернуть группировку спутников на околосолнечной орбите. Дель Торо поддерживает эту идею. Он является одним из разработчиков испанских приборов, которые будут установлены на борту космического аппарата Solar Orbiter. С помощью этого проекта Европейское космическое агентство (НАСА осуществляет аналогичный) намерено, по словам сотрудника Института астрофизики Андалузии, «наблюдать за Солнцем так, как раньше никто не наблюдал. В особенности, за его полюсами, все еще неисследованными», теми самыми, которые периодически меняются местами.