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.
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.
8-часовая последовательность наблюдений выброса корональной массы 5-6 августа 1999 года с помощью коронографа белого света на космическом аппарате SOHO. Белая окружность показывает размер и положение Солнца. Выброс в верхнем левом углу движется приблизительно перпендикулярно линии Солнце-Земля и поэтому не попадет в окрестность Земли.
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.
Литература:
- Ермолаев Ю.И., Ермолаев М.Ю. Солнечные и межпланетные источники геомагнитных бурь: аспекты космической погоды, // Геофизические процессы и биосфера, 2009, T. 8, N1, с. 5–35
- Ермолаев Ю.И., Ермолаев М.Ю., Лодкина И.Г., Николаева Н.С. Статистическое исследование гелиосферных условий, приводящих к магнитным бурям // Космические исследования. 2007а. Т. 45, № 1. С. 3 – 11.
- Ермолаев Ю.И., Зеленый Л.М. Ветер, ветер, ты могуч. // «Природа», №9, 2005.
- Зеленый Л.М, Петрукович А.А. Прогноз погоды XXI века: ожидаются магнитные облака и электронные осадки. // «Наука и жизнь», №5, 2002.
- Петрукович А.А., Предсказуема ли космическая погода? // «Новости Космонавтики», №3, 2005 г.
