Корональный выброс массы: Корональные выбросы массы

Содержание

Что представляет собой выброс корональной массы (CME)? | Помощь

Что представляет собой выброс корональной массы (CME)?

Выброс корональной массы (CME) представляет собой гигантское облако солнечной плазмы, пронизанное магнитными полевыми линиями, которое распространяется от Солнца во время сильных, долговременных солнечных вспышек и извержения нитей. Первое доказательство существования этих динамических событий появявилось в результате наблюдений, сделанных коронографом установленном на спутнике OSO7 в период с 1971 по 1973 годы. При фоторафировании, коронограф создает солнечное затмение, закрывая Солнце небольшим диском, так как из за яркого свечения Солнца слабое свечение выбросов корональных масс иначе увидеть невозможно. Проекты SOHO и STEREO имеют коронографы белого света для обнаружений выбросов корональной массы. Выбросы корональной массы являются основной причиной возникновения сильных геомагнитных бурь и наблюдение за ними очень важно. В приведенной ниже анимации показан выброс корональной массы, зафиксированный прибором LASCO на борту спутника SOHO.

Выброс корональной массы может быть следствием таких событий как солнечные вспышки и извержения нитей. Однако, не каждое такое событие сопровождается выбросом корональным массы. Сильные вспышки (M и X-класса) являются вероятными кандидатами для возникновения выброса корональной массы. Солнечные вспышки С-класса также могут привести к появлению выброса корональной массы, но только в том случае если это длительные и сильные вспышки класса С. Это также зависит от продолжительности солнечной вспышки. Например, если солнечная вспышка с пиковой силой X5 и общей продолжительностью в два часа, то она безусловно будет сопровождаться ярким, большим и мощьным выбросом корональной массы. В зависимости от ее местоположения, она может либо обойти Землю, либо частично или полностью быть на нее направлена. Выброс корональной массы направленный в сторону Земли, на изображениях SOHO, будет выглядеть как частичный или полный гало-корональный. Когда это произойдет, выброс корональной массы прибудет на Землю через 24 часа или более (в зависимости от скорости) и с большой долей вероятности вызовет геомагнитную бурю с яркими авроральными явлениями. В приведенной ниже анимации показан полный гало-корональной выброс массы полученный SOHO/LASCO.

Во время минимума солнечного цикла, Солнце имеет слабую активность, выбросы корональной массы бывают редко. В такие периоды они возникают приблизительно раз в неделю, однако, в периоды солнечной активности, выбросы корональной массы становятся все более частым явлением и могут происходить ежесуточно и многократно.

<< Перейти на предыдущую страницу

Вернуться к началу

Большое количество посетителей приходят на сайт SpaceWeatherLive, чтобы получить информацию о состоянии Солнца, его активности или возможном появлении полярного сияния. Однако с увеличением трафика растет и стоимость хостинга. Если вы находите наш сайт SpaceWeatherLive. com полезным, пожалуйста, подумайте о пожертвовании на его содержание и поддержку!

Последняя X-вспышка	2022/10/02	X1.0
Последняя M-вспышка	2022/10/14	M1.3
Последняя геомагнитная буря	2022/10/22	Kp5 (G1)

Безупречные дни
Last 365 days	5 days
2022	1 day (0%)
Последний безупречный день	2022/06/08

Солнечные вспышки
1	2013	X2. 1
2	2013	X1.7
3	2001	X1.3
4	2014	X1.0
5	2013	M2.9

		Ар-индекс	G
1	2011	38	G3
2	2016	57	G2
3	2002	39	G2
4	2019	25	G1
5	1997	20	G1

На молодой звезде EK Дракона, похожей на Солнце и находящейся на расстоянии в 111 световых лет от Земли в созвездии Дракона, наблюдалась мощнейшая супервспышка и корональный выброс массы, в десять раз превосходящий все, что когда-либо случалось на Солнце. Астрономы считают, что это служит предупреждением Земле: на Солнце такое тоже возможно и приведет к самым катастрофическим последствиям.

Японские астрономы использовали наземные и космические телескопы, чтобы изучить звезду EK Дракона, находящуюся в 111 световых годах от Земли в созвездии Дракона и выглядящую как молодая версия Солнца. В апреле 2020 года они зафиксировали рекордный корональный выброс массы — облако раскаленной плазмы, содержавшее квадриллионы килограмм вещества, что на порядок превосходит все известные солнечные бури. Статья об этом, написанная большим коллективом авторов под руководством Косуке Намеката из Национальной астрономической обсерватории Японии, опубликована в журнале Nature Astronomy.

Звезда EK Дракона сопоставима с Солнцем по своей массе и размерам, однако ей всего 100 млн лет, то есть она как бы позволяет увидеть молодое Солнце, каким оно было 4,5 млрд лет назад. Исследователи проводили наблюдения этой звезды в течение 32 ночей зимой и весной 2020 года с помощью спутника NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) и 3,8-метрового телескопа SEIMEI Киотского университета. 5 апреля Намеката и его коллегам повезло: они наблюдали, как на EK Дракона произошла супервспышка и примерно через 30 минут наблюдалась нить выброшенного вещества, отделившаяся от поверхности звезды. Энергия, затраченная в ходе этого процесса, оценивается в 2,0×10³³ эрг, скорость движения плазмы составила 510 км/с, масса извергнутого вещества — 1,1×10¹⁵ кг.

Подобные события происходят на регулярной основе и на Солнце, однако их масштаб, разумеется, не идет ни в какое сравнение с феноменом, наблюдаемым на EK Дракона. Однако и на Земле солнечные бури становятся причиной выхода из строя коммуникационных спутников на орбите и отключения электросетей, обслуживавших целые города.

Корональные выбросы массы — один из элементов солнечной активности, выбросы вещества из звездной короны. Первые наблюдения этих явлений в видимом диапазоне проводились в начале 1970-х годов с помощью коронографов, установленных на орбитальных солнечных обсерваториях и скрывавших яркий диск Солнца. Наблюдения корональных выбросов массы с поверхности Земли вызывают определенные сложности. При максимуме солнечной активности частота корональных выбросов растет и достигает порой трех событий за день; в периоды же спокойного Солнца может случаться не более одного выброса за пять дней.

В отличие от классических солнечных вспышек, в момент пересоединения магнитных силовых линий сбрасывающих в виде электромагнитного излучения накопленную в активных областях энергию магнитных полей, корональные выбросы массы расходуют получаемую энергию на ускорение огромных масс вещества — облаков чрезвычайно горячих частиц плазмы, уносимых в космос со скоростью, измеряемой порой миллионами километров в час. Впрочем, и те, и другие явления обычно сопутствуют друг другу, локализуясь практически в одних и тех же пространственных и временных интервалах, поэтому они могут считаться либо разными проявлениями одного и того же процесса, либо, по крайней мере, черпать энергию из общего источника. Наблюдения, когда корональные выбросы массы регистрировали без сопутствующих проявлений солнечной активности, относительно редки.

«Корональные выбросы массы могут оказывать серьезное влияние на Землю и человеческое общество, — говорит один из соавторов статьи, астрофизик Юта Ноцу из Токийского технологического института в Мэгуро (префектура Токио), работающий также в Лаборатории атмосферной и космической физики Колорадского университета в Боулдере в США. — Теоретически подобный выброс большой массы может произойти и на нашем Солнце. Эти наблюдения помогают нам лучше понять, как подобные события повлияли на Землю или даже на Марс миллиарды лет назад».

Речь, однако, идет не только о прошлом. Наблюдавшееся событие служит напоминанием о том, насколько опасной может быть солнечная активность, и говорит о том, что выбросы на Солнце могут оказаться более катастрофичными, чем наблюдалось до сих пор.

По оценкам астрономов, супервспышки могут происходить на Солнце раз в несколько тысяч лет, однако вопрос об их максимальных масштабах остается открытым. «Супервспышки намного мощнее, чем обычные солнечные вспышки, — поясняет Ноцу. — Мы подозреваем, что они также порождают и гораздо более крупные выбросы массы. Но до недавнего времени это оставалось всего лишь предположением».

Разумеется, эти события угрожают всей жизни на Земле, но особенно катастрофично они могут сказаться на современной инфраструктуре. Впрочем, супервспышки и корональные сверхвыбросы, вероятно, редки для звезд вроде Солнца, находящегося в середине своего эволюционного пути. Тем не менее, Ноцу отметил, что гигантские выбросы массы могли быть вполне обычным явлением в первые годы существования Солнечной системы. Иными словами, гигантские корональные выбросы массы могли серьезно сказаться на эволюции планет земной группы, таких как Земля и Марс.

В зависимости от того, куда именно направляется выброс солнечного вещества, последствия от его удара могут быть более или менее катастрофичными. Возможно, одно из подобных мощнейших явлений в ранней истории Солнечной системы стало причиной гибели Марса — если потоки плазмы обрушились именно на эту планету.

«Атмосфера современного Марса чрезвычайно разрежена по сравнению с земной, — поясняет Ноцу. — Как мы думаем, в прошлом у Марса была гораздо более плотная атмосфера. Изучение корональных выбросов массы поможет нам понять, что происходило с этой планетой миллиарды лет назад».

Самым катастрофичным явлением на Солнце в век технологий принято считать событие Кэррингтона 1859 года. Эта сверхмощная геомагнитная буря запомнилась не только необычными полярными сияниями, но и электрическими замыканиями, искрениями и даже пожарами на телеграфных линиях. В марте 1989 года более слабая геомагнитная буря в канадском Квебеке на двенадцать часов лишила ряд городов электричества — тогда пострадала энергосистема всей провинции.

Между тем по концентрации изотопа углерода-14 в годовых кольцах деревьев и при изучении ледяных кернов удалось недавно восстановить и события гораздо более масштабные — супервспышки на Солнце, случившиеся в 775 году н.э. и в 5259 и 7176 годах до н.э. Они были заведомо мощнее события Кэррингтона 1859 года — на порядок или на два. То, что за последние 10 тыс. лет нам известны сразу три супервспышки, говорит о том, что вероятность подобных событий довольно высока и наше Солнце не такое стабильное, как думали еще несколько лет назад.

По сравнению с солнечными вспышками — вспышками электромагнитного излучения, движущимися со скоростью света и достигающими Земли чуть более чем за 8 минут — КВМ движутся более медленно, условно говоря. На своих самых высоких скоростях почти 1,900 миль в секунду (3000 километров в секунду), CME могут достичь Земли примерно за 15–18 часов, в то время как более медленные CME, движущиеся со скоростью около 155 миль / с (250 км / с), могут занять несколько дней, по данным Центра прогнозирования космической погоды. Национального управления океанических и атмосферных исследований (открывается в новой вкладке) (NOAA).

Это относительно медленное время в пути полезно, так как дает нам больше времени для подготовки к такому прибытию. CME могут нанести ущерб электросетям, телекоммуникационным сетям и орбитальным спутникам и подвергнуть астронавтов опасным дозам радиации. И наоборот, CME являются желанным гостем для наблюдателей за небом во всем мире, поскольку они могут вызывать впечатляющие проявления полярного сияния, которые видны на широтах за пределами их «нормального» полярного диапазона.

Корональные выбросы массы образуются подобно солнечным вспышкам — в результате скручивания и перестройки магнитного поля Солнца, известного как магнитное пересоединение, согласно NOAA. Когда силовые линии магнитного поля «запутываются», они создают сильные локализованные магнитные поля, которые могут прорываться сквозь поверхность Солнца в активных областях, впоследствии генерируя КВМ.

КВМ обычно происходят вокруг групп солнечных пятен и часто сопровождаются солнечной вспышкой, хотя эти два события не всегда происходят одновременно. На самом деле, ученые до сих пор не совсем уверены, как связаны эти два события, и, по данным Центра научного образования Университетской корпорации атмосферных исследований (UCAR) , КВМ, как и солнечные вспышки, чаще всего происходят во время солнечного максимума. период в 11-летнем цикле солнечной активности, когда звезда наиболее активна. После того, как КВМ высвобождаются, они увеличиваются в размерах по мере удаления от Солнца.

Если CME достаточно велик и движется быстрее солнечного ветра, он генерирует ударную волну, в результате чего ускоренные заряженные частицы движутся впереди CME, что еще больше нарушает условия космической погоды и усиливает геомагнитные бури, согласно NOAA.

Отображения полярного сияния образуются, когда возмущения в магнитном поле Земли направляют ионы вниз к полюсам Земли, где они сталкиваются с атомами кислорода и азота в атмосфере Земли, создавая ослепительное сияние полярных сияний видно вокруг полярных регионов. В Северном полушарии это явление называется северным сиянием (aurora Borealis), а в Южном полушарии — южным сиянием (Aurora australis).

Обычно эти ослепительные световые шоу приурочены к полярным регионам, но во время сильных магнитных возмущений, вызванных КВМ, полярные сияния можно увидеть на гораздо более низких широтах, чем они обычно наблюдаются согласно ЕКА .

В 1859 году Кэррингтонское событие — колоссальная солнечная буря, вызванная КВМ, — привело к появлению полярных сияний, наблюдаемых вблизи тропических широт над Кубой, Багамскими островами, Ямайкой, Сальвадором и Гавайями, согласно NASA Science .

При этом КВМ не всегда вызывают экстраординарные полярные сияния, степень магнитного возмущения от КВМ зависит от магнитного поля КВМ и Земли. Если магнитное поле CME выровнено с полем Земли, направленное с юга на север, CME пройдет мимо с небольшим эффектом. Однако, если CME ориентирован в противоположном направлении, это может привести к реорганизации магнитного поля Земли , вызывая впечатляющие полярные сияния.

Кэррингтонское событие 1859 года вызвало сбои в телеграфной системе по всему миру. Согласно History.com (открывается в новой вкладке), были даже сообщения о том, что операторы получали удары током, а из телеграфных аппаратов сыпались искры, поджигающие бумаги. Согласно заявлению НАСА, в 1989 году КВМ сопровождал солнечную вспышку, поразившую Землю, в результате чего вся провинция Квебек, Канада, погрузилась в электрическое отключение, которое длилось 12 часов, согласно заявлению НАСА . Это событие обошлось коммунальной компании Квебека Hydro-Quebec как минимум в 10 миллионов долларов в качестве компенсации .

CME также могут вызывать скачки электрического тока, которые перегружают электрические сети, вызывая массовые отключения электроэнергии. Кроме того, по данным НАСА, CME могут влиять на магнитное поле Земли, что может ухудшить радиопередачу и увеличить радиостатические помехи в ионосфере Земли.

Системы GPS особенно уязвимы к возмущениям в ионосфере, и известно, что координаты GPS отклоняются на десятки футов во время события CME. Нарушение происходит из-за того, что GPS использует радиосигналы для передачи информации между спутником и наземным приемником. По данным Центра прогнозирования космической погоды NOAA, радиосигнал проходит через слой ионосферы, содержащий заряженную плазму, которая изгибает путь сигнала GPS подобно линзе, изгибающей свет. Обычно системы GPS могут компенсировать это отклонение радиосигнала, не влияя на точность GPS. Однако во время события CME ионосфера может быть настолько сильно возмущена, что модели GPS не могут отслеживать такие изменения, а приемники больше не могут вычислять точное положение.

Спутники на околоземной орбите уязвимы для CME, особенно на высоких геосинхронных орбитах, где находится большинство спутников связи, по данным Центра космических полетов имени Годдарда НАСА . Когда CME вызывает геомагнитную бурю, спутники могут быть поражены сильным током, разряженным в спутник, или повреждены, когда частицы высокой энергии проникают в спутник. Таким образом, уязвимые спутники можно перевести в «безопасный режим», чтобы предотвратить повреждение электроники.

Согласно исследованию, описанному в заявлении НАСА, прямое попадание колоссальной геомагнитной бури, подобной той, что наблюдалась в 1859 году — Событие Кэррингтона — может нанести тяжелый урон нашему спутниковому флоту.

«Солнечная буря в худшем случае может иметь экономические последствия, аналогичные урагану 5-й категории или цунами», — сказал д-р Стен Оденвальд из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд. спутников с оценочной восстановительной стоимостью от 170 до 230 миллиардов долларов, поддерживая 9 долларов.0 миллиардов в год промышленности. Один сценарий показал, что «супербуря» обошлась в 70 миллиардов долларов из-за потери спутников, потери обслуживания и потери прибыли». Спутники Starlink стоимостью более 50 миллионов долларов в феврале 2022 года.

Настоящая опасность для астронавтов возникает, если они отклоняются от безопасной магнитосферы, например, чтобы исследовать поверхность Луны или Марса. Во время такой экспедиции — за пределами «защитных щитов» Земли — они уязвимы для опасных явлений космической погоды, таких как CME. По данным НАСА, если ударная волна, вызванная CME, поразит неподготовленного астронавта, исследующего лунную или марсианскую поверхность, он получит такое же количество радиации, как 300 000 одновременных рентгеновских снимков грудной клетки. Это может иметь смертельные последствия, так как вам потребуется всего 45 000 одновременных рентгенограмм грудной клетки, чтобы убить вас.

Различные организации внимательно следят за солнцем и сообщают о любых изменениях характеристик поверхности, которые могут свидетельствовать о выбросе КВМ, таких как увеличение солнечной активности и выбросы солнечных вспышек. По данным SpaceWeatherLive.com, если будет обнаружена сильная солнечная вспышка класса M или X, вполне вероятно, что она будет сопровождаться CME, но не всегда.

Коронограф — это специальный инструмент, используемый для блокирования солнечного света, чтобы ученые могли наблюдать самый внешний слой — корону. Он имитирует естественное явление солнечного затмения, когда лунная тень закрывает яркий центр, позволяя наблюдать корону.

По данным NOAA, синоптики в основном используют коронограф Солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO) НАСА и ЕКА — широкоугольный и спектрометрический коронограф (LASCO) для анализа КВМ и определения вероятности столкновения с Землей.

На переднем крае обнаружения КВМ находится спутник глубокой космической климатической обсерватории (открывается в новой вкладке) (DSCOVR), который находится в первой точке Лагранжа. точка — L1 — между Землей и Солнцем на расстоянии около 1 миллиона миль (1,6 миллиона км) от Земли.

Со своего места стоянки в L1 спутник DSCOVR может предоставить заблаговременное предупреждение за 15–60 минут до того, как CME достигнет Земли. Когда обнаруживается CME, связанный с Землей, SWPC предупреждает уязвимые группы, такие как энергетические компании, спутниковые компании и авиакомпании, о необходимости принять соответствующие меры. С заблаговременным предупреждением коммунальные компании могут перенаправлять силовые нагрузки, чтобы защитить сети от перегрузки при ударе CME, спутники могут быть переведены в «безопасный» режим, а самолеты могут быть перенаправлены.

Миссия ЕКА «Бдение» (откроется в новой вкладке) надеется добавить еще одного солнечного защитника к помощи Земле к середине 2020-х годов, согласно данным ЕКА. Vigil будет следить за солнцем с Lagrange 5, примерно в 93 миллионах миль (150 миллионов километров) от Земли. Космический корабль будет расположен так, чтобы он мог следить за «боком» от Солнца. Он будет следить за солнечными условиями, прежде чем они повернутся лицом к Земле, чтобы заранее предупредить нас о возможной опасной солнечной активности.

Хотите узнать больше о влиянии крупных солнечных вспышек и КВМ на астронавтов на Луне, ознакомьтесь с этой статьей НАСА (открывается в новой вкладке). Узнайте больше о последствиях активной космической погоды и опасностях космических путешествий вместе с Университетом Тафтса (откроется в новой вкладке). Хотите самостоятельно следить за текущими уровнями геомагнитной активности? Британская геологическая служба (откроется в новой вкладке) поможет вам, вы также можете подписаться на их электронные письма с предупреждениями о геомагнитных возмущениях (откроется в новой вкладке).

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Дейзи Добриевич присоединилась к Space. com в феврале 2022 года в качестве справочного автора, ранее работавшего штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space. Прежде чем присоединиться к нам, Дейзи прошла редакционную стажировку в журнале BBC Sky at Night Magazine и работала в Национальном космическом центре в Лестере, Великобритания, где ей нравилось знакомить общественность с космической наукой. В 2021 году Дейзи защитила докторскую диссертацию по физиологии растений, а также имеет степень магистра наук об окружающей среде. В настоящее время она проживает в Ноттингеме, Великобритания.0003