Будет ли следующий сезон космической погоды бурным и плохим?

Большая новость о солнце заключается в том, что нет никаких больших новостей. Как любят говорить астрономы, нам повезло жить рядом с «скучной звездой».

Но жителям (если они есть) планет, вращающихся вокруг соседней звезды Проксимы Центавра, находящейся всего в 4,2 световых годах от нас, повезло меньше. В апреле астрономы объявили, что в 2019 году с его поверхности произошла мощная вспышка. В течение семи секунд, пока наблюдала батарея телескопов на Земле и в космосе, маленькая звезда увеличила свою мощность ультрафиолетового излучения в 14000 раз, что стало одной из самых сильных таких вспышек, когда-либо виденных в нашей галактике.

Это была более чем серьезная территория для загара. «Человеку на этой планете было бы плохо,– сказала Мередит МакГрегор, профессор астрономии в Университете Колорадо, возглавлявшая всемирные усилия по наблюдению.

Космическая погода в таком масштабе может стерилизовать потенциально пригодные для жизни планеты и может предвещать плохие новости для поиска жизни за пределами этой солнечной системы. Даже мягкая космическая погода может нанести ущерб существам, которые уже развились и обосновались; солнечные пятна и солнечные бури, которые увеличиваются и уменьшаются в течение 11-летнего цикла, распыляют энергию, которая может угрожать космическим кораблям, астронавтам и системам связи.

беспрецедентно сильная или низкая активность

Новый цикл штормов начнется в любой день, и астрофизики разделились во мнениях, насколько он будет активным или опасным. Солнце может вот-вот установить рекорды по количеству солнечных пятен и сильным штормам, или оно может скатиться к закату, как минимум Маундера, с 1645 по 1715 год, когда почти не появлялись солнечные пятна – период, который в Европе стал известен как Маленький лед Возраст.

«Мы живем в атмосфере звезды,», Как часто говорит Скотт Макинтош, физик-физик из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо. «Как цивилизация, мы воспринимаем нашу звезду как должное.”

Здесь, в 93 миллионах миль от ближайшей звезды – той, которую мы называем нашим Солнцем – мы существуем и в основном процветаем на грани почти непостижимой жестокости и сложности.

Солнце – это звезда среднего размера, шар из раскаленного ионизированного газа диаметром в миллион миль. Его большая внутренняя часть вращается быстрее, чем снаружи, а внешние слои вращаются быстрее на экваторе, чем на полюсах. В результате возникает скопление магнитных полей, которые проявляются в виде солнечных пятен и, что еще хуже, когда они вырываются на поверхность.

Каждую секунду термоядерные реакции в центре Солнца превращают 600 миллионов тонн водорода в 596 миллионов тонн гелия. Недостающие четыре миллиона тонн, превращенные в чистую энергию, составляют ипотечный платеж за всю жизнь на Земле и, возможно, в других частях Солнечной системы. По мере того, как энергия исходит от Солнца, она поднимается через последовательно более холодные и менее плотные слои газа и, наконец, 100000 лет спустя, из фотосферы или поверхности, где температура составляет всего 5700 градусов по Фаренгейту.

Солнце удивительно последовательно делает эти выплаты по ипотеке. Несколько лет назад эксперимент в Италии подтвердил, что наша звезда, похоже, не изменила свою выработку энергии, по крайней мере, за последние 100 000 лет – время, необходимое этой энергии для миграции из ядра Солнца.

Исследователи смогли подсчитать, сколько энергии производит Солнце в режиме реального времени, путем измерения субатомных частиц, называемых нейтрино, которые образуются в результате ядерных реакций внутри Солнца, убегают за секунды и достигают Земли всего за восемь минут. Они обнаружили, что эта энергия соответствовала выработке, которая была произведена 100000 лет назад, и ее можно обнаружить только сейчас.

Действие не останавливается на поверхности солнца. Эта дружелюбная желтая фотосфера кипит, как овсянка, и усыпана темными магнитными бурями (печально известными солнечными пятнами), которые потрескивают, кружатся и взбивают пространство потоками электрических частиц и излучения. Корона, состоящая из тонких сверхгорячих струй наэлектризованного газа и видимая только во время солнечных затмений, простирается на миллионы миль от светящейся поверхности.

Иногда что-то идет не так, хотя пока что по масштабам намного ниже тех, что наблюдались на Проксиме Центавра. Когда магнитные поля, создаваемые всем этим вращающимся, наэлектризованным газом, выходят на поверхность Солнца, они скручиваются и запутываются. В конце концов они ломаются и снова соединяются в петли, выпуская огромное количество радиации и заряженных частиц – взрывная солнечная вспышка, которая может быть более мощной, чем миллионы водородных бомб.

Иногда эти вспышки выбрасывают в космос целые куски внешних слоев Солнца, что называется выбросом корональной массы. Мать всех известных до сих пор солнечных бурь произошла 1 сентября 1859 года, когда солнечная капля врезалась в Землю. Искры летели из телеграфных систем в Европе и Северной Америке, вызывая пожары. Полярные сияния в ту ночь простирались на юг до Гавайев и Кубы и были настолько яркими, что люди могли читать свои газеты при их свете.

В 2012 году еще один корональный выброс массы едва не миновал Землю. Более раннее исследование Национальной академии наук пришло к выводу что прямое попадание такого шторма может нанести ущерб примерно на 2 триллиона долларов, отключив электросеть и сделав спутники, по крайней мере, временно слепыми. Забудьте о попытках использовать Интернет или местный банкомат; В докладе отмечается, что многие люди не смогли бы даже смыть воду в туалетах без электричества для работы водяных насосов. «Я думаю, что мы, как цивилизация, облажались», – сказал доктор Макинтош.

Такие штормы более вероятны во время высших точек таинственного 11-летнего цикла солнечной активности Солнца.

В последнее время циклы солнечных пятен становятся все слабее. Во время последнего цикла на Солнце в 2014 году, году максимальной активности, наблюдалось 101 пятно; это было значительно ниже исторического среднего значения от 160 до 240.

В прошлом году комитет ученых из НАСА и Национального управления океанических и атмосферных исследований прогнозировал, что грядущий цикл будет аналогичным анемическим с пиком в 2025 году, когда будет около 115 солнечных пятен.

Но доктор Макинтош и его коллеги сделали совершенно иной прогноз. более 200 солнечных пятен на пике. Они говорят, что 11-летний цикл солнечных пятен основанный на анализе 140-летних солнечных измерений, опровергает более фундаментальный 22-летний цикл Хейла, названный в честь его первооткрывателя Джорджа Эллери Хейла. В течение этого периода магнитное поле Солнца меняет полярность, а затем переключается обратно.

Каждый цикл заканчивается или начинается, когда две полосы магнетизма, мигрирующие из противоположных высоких широт Солнца, встречаются на экваторе и аннигилируют друг друга. В среднем каждая фаза цикла длится 11 лет, но может варьироваться.

Доктор Макинтош и его команда обнаружили, что чем дольше продолжался цикл, тем слабее будет следующий цикл, и наоборот. Текущий цикл, 24-й с момента начала ведения учета, показывает все признаки завершения через чуть более 10 лет – короче среднего, что означает, что следующий цикл должен быть сильным.

«Sunspot Cycle 25 может иметь масштаб, который может соперничать с несколькими лучшими с момента начала рекордов,«Доктор Макинтош сказал в конце апреля. В четверг он и его команда все еще ждали начала «зажигания». «Это очень, очень близко,– написал он в электронном письме. «Мы очень внимательно смотрим.”

На карту поставлено, помимо здоровья нашей планетарной инфраструктуры, гордость, которую испытывают астрономы, чувствуя, что они понимают сложные и жестокие процессы, происходящие за относительно спокойным лицом Солнца.

«Я думаю, что проблема с солнцем в том, что мы слишком близко к нему, поэтому данных о нем слишком много,– сказал доктор Макинтош. Он назвал это разрушителем моделей: «В конечном итоге ваши модели потерпят неудачу. Это одна из причин того, почему так сложно прогнозировать погоду, верно? Потому что наши наблюдения настолько подробны, но вы знаете, что трудно сделать это абсолютно правильно.”

Тони Филлипс, астроном, управляющий сайтом Spaceweather.com, согласился с этим в электронном письме. «По моему опыту, когда люди действительно что-то понимают, они могут просто объяснить это:” он сказал. «Меня поражает то, что почти никто из специалистов по прогнозированию солнечного цикла не может объяснить свою любимую модель динамо-машины так, чтобы непрофессионалы могли ее «понять».”

Ситуация напомнила ему пресловутых слепых людей, которые пытаются создать теорию слонов, причем один из них сосредоточен исключительно на ощупывании хобота животного.

«Скотт и Боб стоят в стороне и кричат: «Эй, вы, ребята, игнорируете большую часть слона,‘” он сказал. «Другими словами, солнечный цикл – это нечто большее, чем принято считать в традиционных моделях. И поэтому, по словам Скотта, они обречены ошибиться в общей картине.”

Джей Пасачофф, астроном из колледжа Уильямс, всю свою жизнь наблюдавший за короной во время солнечных затмений, сказал, что не придавал большого значения подобным прогнозам. В электронном письме он рассказал о встрече во время последнего цикла, во время которой проводились «забавные беседы».

Разговор, по его воспоминаниям, звучал так: «Следующий цикл будет сильнее среднего, а следующий цикл будет слабее среднего, следующий цикл будет либо сильнее среднего, либо слабее среднего, следующий цикл не будет ни сильнее среднего, ни слабее среднего.”

Добавил он, “Так что мой план – подождать и посмотреть.”

Опасности солнечной бури

Помимо потенциальных опасностей, понимание того, как на самом деле работает цикл солнечных пятен, имеет решающее значение» с чисто человеческой точки зрения, если вы хотите понять звезды,– сказал доктор Макинтош. «И если подумать, магнитное поле Земли в значительной степени является причиной, по которой у нас, вероятно, есть жизнь на Земле.”

Он отметил, что на Марсе не так много атмосферы или магнитного поля. «Если на вашей планете нет магнитного поля, у вас может быть вся атмосфера, которую вы хотите,” он сказал, “но ваша местная доброжелательная соседская звезда могла бы унести это в мгновение ока.”

Действительно, астрофизики подозревают, что такая участь постигла Марс, который когда-то был теплее и влажнее, чем сейчас.

Проксима Центавра, маленькая звезда, известная как карлик M, укрывает по крайней мере две экзопланеты, одна из которых размером с Землю и достаточно близка к звезде, чтобы быть обитаемой, если бы она не была залита радиацией. Доктор МакГрегор подарил хоть один луч надежды на жизнь в таких районах.

«Недавние исследования показали, что ультрафиолетовый свет может быть очень важным для катализатора жизни – превращения сложных молекул в аминокислоты и, в конечном итоге, в одноклеточные организмы,” она сказала. «Поскольку карлики M такие маленькие и холодные, они на самом деле не производят столько УФ-излучения, за исключением случаев, когда они вспыхивают. Возможно, есть золотая середина, когда звезда вспыхивает достаточно, чтобы зажечь жизнь, но не настолько, чтобы сразу же ее уничтожить!”