Солнце способно на супервспышку — гигантское пятно 1947 года показало, что предел не достигнут

В апреле 1947 года на Солнце появилось пятно, которое покрывало значительную часть видимого диска. По оценкам, его размеры в десятки раз превышали диаметр Земли. Это было одно из крупнейших солнечных активных образований, когда-либо зафиксированных в современной истории наблюдений. И хотя само по себе оно не произвело супервспышку, новое исследование показывает: энергии в нём было достаточно, чтобы при определённых условиях высвободить событие, выходящее далеко за пределы всего, что человечество измеряло за десятилетия космического мониторинга.

Что показало исследование

Учёные проанализировали связь между размером активной области, процессом магнитного пересоединения и энергией вспышки. Оказалось, что область, сопоставимая с пятном 1947 года, теоретически могла бы произвести выброс, превышающий порог, который обычно используется для описания звёздных супервспышек. Верхняя граница моделирования выходит далеко за пределы энергии, высвобождаемой самыми мощными солнечными вспышками, когда-либо измеренными современными приборами.

Это не означает, что каждая гигантская группа пятен неизбежно породит супервспышку. Некоторые очень крупные активные области остаются относительно спокойными, тогда как меньшие, но более магнитно сложные, могут производить чрезвычайно интенсивные вспышки. Исследование указывает на физическую возможность, а не на вероятность. Солнце продемонстрировало, что способно создавать магнитные структуры, достаточно крупные для хранения энергии, необходимой для супервспышки. Но как часто складываются все необходимые условия, учёные пока сказать не могут.

Почему это важно

На протяжении многих лет астрономы знали, что звёзды, похожие на Солнце, могут генерировать огромные супервспышки. Космические телескопы обнаруживали такие события на солнцеподобных звёздах, некоторые из них высвобождали в десятки, сотни и даже тысячи раз больше энергии, чем крупнейшие солнечные вспышки, зафиксированные от нашей звезды. Вопрос всегда оставался открытым: способно ли Солнце вести себя так же, или его магнитная активность ограничена неким потолком. Новое исследование поднимает эту верхнюю границу выше, опираясь на реальные свойства крупнейшего пятна в современном наблюдательном архиве.

Солнце уже показывало, на что способно

Самые сильные вспышки, измеренные в современную эпоху, остаются далеко ниже тех значений, о которых идёт речь. Во время интенсивной солнечной активности в конце 2003 года несколько огромных выбросов обрушились на Землю, затронув спутники, радиосвязь и электрические системы. Одна из вспышек была настолько мощной, что детекторы рентгеновского излучения насытились. Её общая излучаемая энергия всё равно составила лишь долю от того, что предполагает новое моделирование.

Событие Кэррингтона в 1859 году даёт ближайшее историческое сравнение с тем, что极端 солнечная буря может сделать с технологиями. Тогда телеграфные системы по всей Европе и Северной Америке вышли из строя, операторы получали удары током, оборудование искрило, а некоторые системы продолжали работать даже после отключения от питания — настолько сильными были индуцированные токи. Полярные сияния видели необычно близко к экватору. Но мир 1859 года не имел спутников, GPS, глобального интернета, крупных взаимосвязанных энергосетей и современной зависимости от электроники. Даже событие Кэррингтона, вероятно, было значительно менее энергичным, чем верхние пределы, обсуждаемые теперь.

Что это значит для современного мира

Если супервспышка действительно произойдёт и будет направлена на Землю, последствия не будут единым фиксированным сценарием. Вспышка — это электромагнитное излучение, корональный выброс массы — облако магнитизированной плазмы, а солнечные энергетические частицы — отдельный компонент. Наиболее серьёзный сценарий включал бы все три одновременно и с направлением на Землю. Излучение вспышки достигло бы планеты за считанные минуты, вызывая ионизацию верхних слоёв атмосферы и нарушения радиосвязи и спутниковой навигации на освещённой стороне.

Массивный корональный выброс, направленный на Землю, создал бы другую угрозу. Если магнитная ориентация выброса эффективно соединится с магнитным полем Земли, это может вызвать интенсивные токи в магнитосфере и ионосфере и индуцировать электрические токи в длинных проводниках на земле. Высоковольтные линии электропередач, трубопроводы и другая инфраструктура могут пострадать. Существующие сценарии экстремальных геомагнитных бурь уже включают возможность серьёзных проблем с регулированием напряжения, повреждения трансформаторов и отключений. А эти сценарии основаны на событиях гораздо ниже верхнего энергетического диапазона, который теперь рассматривается.

Спутники столкнулись бы с собственным набором проблем. Интенсивное излучение и энергетические частицы могут повредить электронику, ухудшить работу солнечных панелей, нарушить бортовые компьютеры и вызвать зарядку, ведущую к временным или постоянным отказам. Сильные геомагнитные бури также нагревают и расширяют верхние слои атмосферы, увеличивая сопротивление для спутников на низкой околоземной орбите. Во время геомагнитного возмущения 2022 года SpaceX потеряла десятки только что запущенных спутников Starlink после неожиданного роста атмосферного сопротивления. Экстремальное солнечное событие во много раз сильнее могло бы создать гораздо более широкую проблему для всё более переполненной орбитальной инфраструктуры.

Современный мир также гораздо больше зависит от точного времени, чем большинство людей осознаёт. GPS и другие спутниковые навигационные системы делают гораздо больше, чем просто указывают направление на телефонах. Временные сигналы со спутников используются телекоммуникационными сетями, финансовыми системами, транспортной инфраструктурой, авиацией и энергосетями. Серьёзное нарушение работы множества спутниковых систем одновременно могло бы привести к последствиям далеко за пределами очевидных сбоев связи.

Что говорит прошлое

Природные архивы свидетельствуют, что Солнце уже производило экстремальные события с частицами в течение человеческой истории. Кольца деревьев по всему миру содержат внезапные всплески углерода-14, связанные с огромными выбросами высокоэнергетических частиц, достигавших атмосферы Земли. Один из сильнейших известных примеров произошёл около 774–775 годов нашей эры, другие крупные события выявлены около 993–994 годов и в нескольких более ранних точках археологической летописи. Эти так называемые события Мияке, по-видимому, были гораздо сильнее крупнейших солнечных событий с энергетическими частицами, измеренных напрямую в спутниковую эпоху. Исследователи до сих пор спорят, какой именно тип солнечного извержения их произвёл, но их существование демонстрирует, что последние десятилетия солнечных наблюдений представляют собой лишь крошечную выборку того, на что способно Солнце.

Чего ждать

Новое исследование не предсказывает приближающуюся супервспышку и не утверждает, что гигантское пятно 1947 года было предупреждением о ней. Солнечные супервспышки, как ожидается, остаются редкими, и надёжного метода предсказать, когда появится активная область, способная на такое событие, пока не существует. Важность работы в другом. Она устраняет часть успокоения, которое давала мысль, что экстремальные звёздные извержения, наблюдаемые где-то в галактике, могут быть просто невозможны на Солнце. Крупнейшие структуры пятен, виденные на нашей звезде, по-видимому, способны при правильных магнитных условиях накопить достаточно энергии, чтобы пересечь этот порог.

Современные солнечные циклы уже показали, как быстро могут появляться крупные активные области. В периоды высокой солнечной активности огромные группы пятен могут выйти на обращённую к Земле сторону Солнца за считанные дни, иногда производя повторяющиеся вспышки класса X и мощные корональные выбросы. Большинство проходят, не производя ничего даже отдалённо похожего на супервспышку. Беспокойство, поднятое этим исследованием, в том, что может не существовать абсолютного физического барьера, предотвращающего нечто гораздо большее. Будущая активная область, приближающаяся по масштабу к пятну 1947 года, в сочетании с необычно сложным и нестабильным магнитным полем, немедленно стала бы одной из самых пристально наблюдаемых солнечных областей в истории.

Человеческая цивилизация никогда не переживала подтверждённую солнечную супервспышку, будучи зависимой от глобальных электрических сетей, спутников, цифровой связи и космической навигации. Это делает риск трудным для количественной оценки, но также делает последствия трудными для игнорирования. Крупнейшее известное пятно в современной летописи не произвело такого события, но, согласно новому анализу, оно могло обладать магнитным потенциалом для этого. Солнце уже показало, что способно построить необходимую структуру. Что остаётся неизвестным, так это как редко оно может также создавать условия, необходимые для высвобождения этой энергии.