Солнце возмущается

В 1922 году молодой советский ученый Александр Чижевский в своей первой книге «Физические факторы исторического процесса» представил миру неожиданную теорию: все великие потрясения в истории человечества, такие как социальные волнения, войны и революции, были вызваны активностью солнца. Он кропотливо изучил записи всех сражений, потрясений, беспорядков, революций и войн, сравнивая их с активностью солнечных пятен в течение почти двух тысяч лет в семидесяти одной стране. Теория частично подтвердилась: более трех четвертей всех случаев человеческих волнений, включая русскую революцию 1917 года, произошли во время максимальной солнечной активности. Чижевский считал, что наша зависимость от космического импульса Солнца может быть опосредована ионами, или избыточным зарядом в атмосфере Земли.

2023 и 2024 годы отмечены сильно возросшей активностью Солнца. Магнитные бури идут одна за другой, мы стали наблюдать все чаще полярные сияния даже на широте Санкт-Петербурга и Москвы. Можно ли это считать подтверждением теории Чижевского? В какой-то степени да, конфликтов на Земле сейчас очень много. Известно, однако, что циклы солнечной активности продолжаются примерно 11 лет и именно на 2024-2025 год приходится пик цикла.

Уровень солнечной активности (количество солнечных пятен) с 2012 по 2024 год

Что мне приходит на ум, так это мысль: то ли Солнце само провоцирует конфликты, то ли это люди периодически так себя ведут, что Солнце возмущается.  Но разберемся более серьезно, что происходит сейчас на Солнце и что нас может ожидать по мнению ученых.

Сейчас мы находимся в фазе максимума 25-го цикла солнечной активности (см. рис. выше). Причем сейчас Солнце показывает повышенную активность по сравнению с пиками предыдущих циклов. Вспышек класса Х, которые считаются самыми мощными, эти летом наблюдалось в десять раз больше, чем обычно. Например, в мае - июне было 24 вспышки, только группа пятен   AR13664 выдала 13 вспышек класса Х, причем 4 вспышки только за 1 день – 9 мая. Во время вспышек происходит мощный выброс коронального вещества из верхних слоев солнечной атмосферы. Выброс может пролететь мимо Земли, но может затронуть нашу планету, при этом магнитосфера и ионосфера подвергаются воздействию частиц, которые обладают высокими, иногда даже околосветовыми скоростями. Происходят геомагнитные бури, которые искажают магнитосферу Земли, мешают распространению сигналов в ионосфере, приводят к сбоям в работе телекоммуникационных систем. Кроме того, магнитные бури как бы расширяют атмосферу, что может вызвать торможение околоземных спутников и изменение их орбиты. К наиболее серьезным проблемам приводит способность магнитных бурь индуцировать электрические токи в металлических предметах. И чем длиннее линия электропередач, тем токи существеннее. От возникновения токов сильно страдают трансформаторы.

Интерес представляет вопрос – может ли произойти на столько интенсивная вспышка на Солнце, что жизнь на Земле будет под угрозой? Судя по историческим исследованиям, самая сильная солнечная буря была зафиксирована в 1859 г., она получила название «Солнечный супершторм» или «событие Кэррингтона», по имени астронома, наблюдавшего в то время пятна на Солнце и выброс корональной массы. Геомагнитная буря вызвала отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Северные сияния наблюдались по всему миру, даже над Карибами. Журналисты в то время писали, что «Ничто не может превысить величие и красоту этого зрелища. Эффект почти сбивает с толку своей невероятностью, и тысячи испытывают смешанное чувство страха и восторга».

В июле 2012 г. астрономы зафиксировали мощнейший выброс корональной массы Солнца, по силе сопоставимый с «суперштормом» 1859 года. Однако из-за собственного вращения Солнца, породившая выброс активная область не была направлена непосредственно на Землю, и сопутствующая вспышке геомагнитная буря была обусловлена только побочным влиянием этого выброса, поэтому она не была слишком сильной.

Самая сильная буря с начала космической эры (с 1957 года) произошла 13 марта 1989 года. Особенно масштабные сбои наблюдались в энергосистеме канадской провинции Квебек, которая на 9 часов была лишена электричества, произошли также нарушения высокочастотной радиосвязи во всем мире, сбои в работе космических аппаратов; полярные сияния во время бури наблюдались до широты Мексики.

Уже вошла в историю мощная геомагнитная буря в мае 2024 г. Она не была внезапной, к буре готовились энергетики и телекоммуникационные компании всего мира. И хотя буря негативно повлияла на наземное вещание и радиосвязь в диапазонах ВЧ, ОВЧ и УВЧ, особых катаклизмов с отключением электроэнергии удалось избежать.

В связи с усилением солнечной активности сейчас все больше говорят об открытии японских ученых, которое получило название «событие Мияки» по имени аспирантки, впервые опубликовавшей работу на тему исследования содержания изотопа углерода – 14 в срезах древних японских кедров.  Радиоактивный изотоп ¹⁴ C непрерывно образуется в верхних слоях атмосферы, когда высокоэнергетические частицы из космоса — сталкиваются с молекулами газа, порождая нейтроны. Когда такой нейтрон выбивает протон в атоме азота, азот превращается в радиоактивный углерод ¹⁴ C. Вдыхая CO₂, кедр преобразует его в сахар и откладывает во внешних древесных кольцах, тем самым включая ¹⁴ C в свою древесину. Таким образом, по содержанию углерода-14 в годичных кольцах кедра можно судить об интенсивности космических лучей в определенный временной период.

Рис. A. FISHER/SCIENCE 

Анализ срезов кедра возрастом 1900 лет показал, что наибольшая активность Солнца наблюдалась в 774-775 годах нашей эры. В исторических хрониках того времени можно найти запись о том, что в 774 году люди видели появление в небе после захода солнца «красного распятия». Астрономы предположили, что это могло быть атмосферной пылью, рассеивающей свет от близлежащей сверхновой, или особенно ярким северным сиянием, вызванным гигантской солнечной вспышкой. Японские исследователи зафиксировали в кольцах кедра 12%-ый скачок углерода-14, что в 20 раз больше, чем при обычных солнечных вспышках. В дальнейшем исследователи из других стран подтвердили выводы Мияке, обнаружив повышенное содержание ¹⁴ C в европейских и североамериканских деревьях. После открытия Мияки было проведено много изысканий на тему содержания углерода-14 в годовых кольцах древних деревьев. В настоящее время подтверждено пять подобных событий (7176 г. до н.э., 5259 г. до н.э., 660 г. до н.э., 774 г. н.э., 993 г. н.э.). Недавно в ходе исследования, проведенного международной группой ученых, которые измеряли уровни радиоуглерода в древних деревьях, извлеченных из размытых берегов реки Друзе во Французских Альпах, был обнаружен резкий всплеск ¹⁴C, произошедший между 12 350 и 12 349 годами до нашей эры, который может представлять собой крупнейшее известное событие Мияке. Согласно первоначальным оценкам, новое событие представляет соответствует в два раза большему повышению ¹⁴C по сравнению с событием 774 года нашей эры. Однако данное повышение еще не было пока независимо подтверждено в древней древесине из других регионов.

Срез японского кедра с годовыми кольцами.

Какой же силы было извержение корональной массы Солнца в 774 году? Ученые, исследовавшие годовые кольца деревьев, подтверждают, что оно было намного сильнее, чем известное событие Кэррингтона 1859 года, т.к. концентрация углерода-14 в кольцах деревьев в 1859 г. выросла всего на доли процента по сравнению со всплеском на 12%, вызванном событием Мияке. Мы знаем, что событие Кэррингтона привело к выводу из строя телеграфных линий. Если в наше время произойдет подобное событие, то, по мнению ученых повреждена будет вся спутниковая электроника, мы столкнемся с масштабными сбоями в коммуникациях. Астронавты на орбите, вероятно, поглотят смертельные дозы радиации. По мнению Мияке даже пассажиры самолетов могут поглотить опасные уровни. Поскольку магнитное поле Земли содрогнется под ударом, скачки тока разрушат электросети. Масштабы катастрофы трудно представить. Почти все, что работает на электричестве — от электромобилей до мобильных телефонов выйдет из строя. Без электричества и Интернета люди потеряют доступ к своим счетам в банках, не смогут воспользоваться пластиковыми картами, к которым мы привыкли. Фактически потеряют все сбережения. (Сразу возникла мысль – не перевести ли электронные деньги, на всякий случай, в наличку?)

Рис. Обсерватория солнечной динамики NASA

 Поскольку угроза для Земли серьезная, ученые пытаются найти закономерность возникновения и возможность предсказания сильных магнитных бурь. Наука о Солнце развивается, ученые исследуют процессы образования пятен и вспышки на Солнце. Сложность в том, что солнечная активность порождается процессами не на поверхности, а внутри Солнца. Недавно разработан метод так называемой гелиосейсмологии, когда по колебаниям поверхности Солнца (как и в геосейсмологии) можно судить о том, с какими скоростями распространяются волны внутри Солнца и каковы свойства среды, в которой они распространяются. На данном этапе ученые могут классифицировать группы новых пятен по степени вспышечной опасности. Однако, по мнению российского астрофизика — докт. физ.-мат. наук С. А. Язева (ссылка) прогнозировать возникновение новой группы пятен пока невозможно. И даже если группа пятен уже наблюдается, не всегда можно сказать, сколько вспышек она выдаст. Например, классификация группы пятен, которая выдала множество вспышек в мае 2024 г, указывала на то, что эта группа способна выдать очень мощные вспышки. Но ни один специалист в мире не смог бы сказать, выдаст она три вспышки или четырнадцать вспышек, будут они через несколько часов или через несколько дней. На сегодняшний день это невозможно просчитать.

Проблема предсказания солнечных бурь связана с трудностью непрерывного наблюдения за изменениями в короне Солнца, новыми пятнами, их скоплениями и выбросами коронального вещества. Сейчас такие наблюдения ведутся из космического аппарата SOHO, на котором установлены приборы коронографы. Стоит задача запустить специальные спутники на более дальние орбиты, желательно также спутники, базируещиеся за Солнцем. Тогда будет возможность отслеживать непрерывно образование новых пятен и предсказывать направление движения выбросов коронального вещества.

На данный момент утешает то, что, судя по полученным данным, события Мияки происходят довольно редко, с интервалом 400 – 2400 лет. Поэтому есть время, чтобы до следующего солнечного супершторма разработать технологии прогнозирования и защиты от магнитной бури. Главное, чтобы люди сами свою планету не взорвали.