Все починається зі “клацання” в магнітному полі Сонця. Потім, протягом кількох секунд, область біля групи сонячних плям спалахує зі сліпучою інтенсивністю. Це сонячний спалах — раптовий викид енергії, який перетворює сонячну корону зі спокійного плазмового «супу» на бурхливе вибухове явище. Ця подія також не згасає плавно: вона може вирувати годинами, перш ніж остаточно вщухне.
Коли відбуваються такі спалахи, вони просто світяться. Вони випромінюють потоки. Високоенергетичні частки. Потоки електронів. Жорстке рентгенівське випромінювання. Радіосплески. Все це викидається у космос. Якщо спалах досить потужний, він створює ударну хвилю, яка поширюється через міжпланетне середовище. Уявіть звуковий удар, але у вакуумі космосу, що рухається зі швидкостями, що дозволяють досягти Землі за дні, а не хвилини.
Надгаряча хмара
Дія розгортається над видимою поверхнею Сонця, у короні. Але енергія там не залишається. Вона передається на поверхню нижче, запускаючи реакцію, яка піднімає хмару плазми, нагрітої приблизно до 100 мільйонів кельвінів. Це приблизно 180 мільйонів градусів за Фаренгейтом. Це надзвичайно потужне джерело рентгенівського випромінювання.
Не кожен спалах демонструє таке видовище. Дрібніші події не мають повного набору характеристик. Вони можуть випромінювати трохи світла і кілька частинок, але рідко викликають порушення, які мають значення. Існує також дивна категорія, відома як «спалахи без плям». Вони відбуваються без звичайної асоціації із сонячними плямами. Натомість вони пов’язані з виверженнями ниток. Вони можуть бути потужними. Іноді виробляють корональні викиди маси. Однак вони зазвичай стримують викид високоенергетичних частинок, що робить їх менш небезпечними безпосередньо з точки зору радіації, хоча вони все ще впливають на космічну погоду.
Коли відбуваються спалахи?
Ви не побачите ці вибухи щодня. Спалахи тісно пов’язані з 11-річним циклом Сонця. Вони рідко з’являються протягом трьох-чотирьох років мінімуму сонячної активності. Коли Сонце спокійне, магнітні поля відносно стабільні. Спалахам потрібна нестабільність.
Найбільші спалахи відбуваються з великими сонячними плямами. Це не просто темні плями. Це області з різкими магнітними градієнтами та інтенсивними електричними струмами. Ці струми є паливом. Коли лінії магнітного поля рвуться і переєднуються, накопичена енергія вивільняється відразу. Результатом стає вибух, який на короткий час може затьмарити все Сонце з рентгенівського випромінювання.
Чому це важливо
Для будь-якої людини, яка живе на Землі, сам спалах нешкідливий. Атмосфера блокує рентгенівське проміння. Але частки та ударна хвиля? Вони мають значення. Якщо великий спалах спрямовує корональний викид маси в наш бік, він може впливати на наше магнітне поле. Ця взаємодія може порушити роботу супутників. Воно може зіпсувати радіозв’язок. Воно навіть може вплинути на енергомережі.
Розуміння того, як виникають сонячні спалахи, допомагає нам передбачати ці події. Ми спостерігаємо за сонячними плямами. Ми стежимо за різкими магнітними градієнтами. Коли ми бачимо велику пляму з високими струмами, ми готуємось. Сонце завжди спостерігає. Нам просто треба тримати на ньому свій погляд.
Чому сонячні спалахи б’ють по нам двічі
Ми часто думаємо про Сонце як про стабільну, заспокійливу кулю світла. Але якщо прибрати видиме свічення, перед нами постане бурхлива, високоенергетична чудовисько. Рентгенівські спалахи не просто світять — вони затьмарюють усю зірку у певних спектральних діапазонах. Ця яскравість проявляється не у світлі, яке ми бачимо очима. Вона знаходиться в ультрафіолетовому та рентгенівському спектрі, де рівні енергії зростають настільки, що здатні відривати електрони від атомів та виводити електроніку з ладу.
Час цього нападу робить його складним для прогнозування. Коли спалах відбувається, рентгенівські фотони і високоенергетичні частинки мчать через вакуум космосу майже зі швидкістю світла. Вони досягають атмосфери Землі майже миттєво. Це перша хвиля. Вона іонізує верхні шари атмосфери, порушуючи роботу радіозв’язку у високочастотному діапазоні та сигналів GPS протягом кількох хвилин.
Але справжньої шкоди чекає у засідці.
Основний потік частинок — переважна більшість заряджених частинок — рухається негаразд швидко. На подорож їм потрібно кілька днів. На момент прибуття цих частинок вони приносять із собою як радіацію. Вони приносять із собою магнітний хаос. Цей відстрочений influx взаємодіє із магнітосферою Землі, викликаючи геомагнітні бурі, які можуть індукувати струми в енергомережах та загрожувати супутникам на низькій навколоземній орбіті.
Перша хвиля настає негайно. Друга хвиля катастрофічна.
Розуміння цієї двоетапної дії пояснює важливість прогнозування космічної погоди. Ми не можемо просто дивитися на сам спалах. Нам слід відслідковувати швидкість коронального викиду маси, який її супроводжує. Рентгенівські промені говорять нам, що відбувається зараз. Частинки, що прибувають через три дні, говорять про те, що зламається пізніше.
Це не просто академічне питання. Для операторів енергомереж, авіакомпаній та всіх, хто покладається на точне супутникове позиціонування, цей триденний проміжок має вирішальне значення. Це різниця між незначним збоєм та відключенням електрики.
