Текущий цикл солнечной активности приближается к своему пику. Когда именно он произойдет, оценки ученых разнятся. Однако уже сейчас понятно, чего в это время можно ожидать от магнитосферы Земли. Она, как всегда, примет на себя большую долю ударов высокоэнергетических частиц.
Пик солнечной активности уже близко
Солнце приближается к пику своей активности. И речь здесь вовсе не о летней жаре. 25-й цикл колебаний магнитного поля нашей звезды оказался значительно мощнее, чем ожидали ученые. Результаты этого процесса многие увидели собственными глазами, когда полярные сияния спустились в регионы, где их обычно не наблюдают.
Однако пик активности Солнца наступит в ближайшие несколько месяцев. Это означает, что можно ожидать более взрывоопасных излияний частиц. При определенных обстоятельствах именно они, в конце концов, порождают красивые полярные сияния в небе, а также геомагнитные бури, которые могут повредить инфраструктуру, например, электросети и спутники на орбите.
Что же на самом деле происходит, чтобы вызвать эти явления? Оказывается, что высокоэнергетические частицы от Солнца движутся к Земле под воздействием солнечного магнитного поля. Они переносятся на магнитное поле Земли в процессе, известном как переподключение.
Природа полярных сияний
Эти очень быстрые и горячие частицы мчатся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, пока не ударятся о нейтральную, холодную частицу атмосферы, такую как кислород, водород или азот. В этот момент часть энергии теряется — и это нагревает окружающую среду.
Однако атмосферным частицам не нравится быть энергичными, поэтому они испускают часть этой энергии в видимом диапазоне света. В зависимости от того, какой элемент является слишком горячим, вы увидите разный набор длин волн, излучаемых в видимом диапазоне электромагнитного спектра. Это источник полярных сияний, которые мы можем видеть в высоких широтах, а во время сильных солнечных явлений — и в более низких.
Магнитное поле Земли постоянно, но может сжиматься и расслабляться в зависимости от силы Солнца. Простой способ подумать об этом — представить два полунадутых воздушных шарика, прижатых друг к другу. Если надуть один шарик, добавив в него больше газа, давление увеличится и вытолкнет меньший шарик обратно. Когда вы выпускаете лишний газ, меньший шарик расслабляется и выталкивается.
Для нас, чем сильнее это давление, тем ближе к экватору выталкиваются соответствующие силовые линии магнитного поля, то есть мы видим полярные сияния.
Исключительные солнечные бури
Здесь также возникают потенциальные проблемы: движущееся магнитное поле может генерировать ток во всем, что проводит электричество.
Для современной инфраструктуры самые большие токи генерируются в линиях электропередач, железнодорожных путях и подземных трубопроводах. Скорость этого движения также важна, и ее отслеживают, измеряя, насколько магнитное поле нарушено от «нормального». Одна из таких мер, которую используют исследователи, называется индексом времени возмущенной бури.
По этому показателю геомагнитные бури 10 и 11 мая были чрезвычайно сильными. Во время такой сильной бури существует потенциальная опасность индукции электрических токов. Линии электропередач подвергаются наибольшему риску, но на электростанциях установлены защитные устройства. Они находятся в центре внимания со времен геомагнитной бури 1989 года, которая расплавила силовой трансформатор в Квебеке (Канада), что привело к многочасовому отключению электроэнергии.
Большему риску подвергаются металлические трубопроводы, которые подвергаются коррозии, когда через них проходит электрический ток. Это не мгновенный эффект, но происходит медленное накопление коррозионного материала. Это может оказать очень сильное влияние на инфраструктуру, но его очень трудно обнаружить.
Опасности для спутников и других космических аппаратов
Если геомагнитные возмущения на Земле являются проблемой, то в космосе они становятся еще большей проблемой для нас. Спутники имеют ограниченное количество заземления, и электрический всплеск может вывести из строя приборы и средства связи. Когда спутник теряет связь таким образом, его называют спутником-зомби и часто теряют полностью, что приводит к очень большим убыткам.
Изменения в магнитном поле Земли также могут влиять на свет, проходящий через него. Мы не можем видеть эти изменения, но они могут сильно повлиять на точность систем определения местоположения типа GPS, поскольку показатели местоположения зависят от времени, которое прошло между вашим устройством и спутником. Увеличение электронной плотности (количества частиц на пути сигнала) приводит к искривлению волны, что означает, что ей требуется больше времени, чтобы достичь вашего устройства.
Полярные сияния и пик солнечной активности
Изменяя напряженность магнитного поля и расстояние между объектами, можно наблюдать, как меняются полярные сияния. Излучение в основном фиолетовое, как и можно было бы ожидать в атмосфере, которая на 72% состоит из азота. Вокруг вершины, где полярное сияние было бы видно на Земле, появляется сильное эмиссионное кольцо, которое движется вверх и вниз по широте в зависимости от напряженности магнитного поля.
Итак, как природное явление, полярные сияния удивительны. Но еще важнее то, что с каждой сильной геомагнитной бурей мы делаем выводы, которые помогают защититься от потенциального вреда от будущих геомагнитных возмущений.
По материалам phys.org
