Сильные солнечные и катастрофические звездные вспышки

Может ли цивилизация погибнуть от аномально мощной солнечной вспышки? Этот вопрос интенсивно обсуждается в прессе, причем всплеск интереса произошел в конце прошлого года после публикации одной из цитируемых ниже работ.

Для начала определимся с пониманием того, что такое солнечная вспышка. Солнце — мощный генератор магнитного поля, причем с двумя глобальными модами, между которыми идет перекачка энергии туда-сюда с периодом 22 года: тороидальной и дипольной (полоидальной) составляющими. В этом описании очень важны два обстоятельства:

  1. Магнитное поле вморожено в вещество Солнца из-за огромной проводимости солнечной плазмы. Любое поперечное движение силовых линий относительно вещества индуцирует токи, которые компенсируют это движение. Двигающееся вещество, будь то глобальное движение или хаотичная турбулентность, тянет поле за собой.
  2. Солнце вращается вовсе не как твердое тело. Экватор и низкие широты вращаются быстрей, чем высокие широты. Из-за этого меридиональное поле наматывается витками по широте — в результате в толще Солнца образуются два глобальных обруча по сторонам от экватора (рис. 1), мы наблюдаем их эффект как цепи солнечных пятен над ними.
Рис. 1. Результат численного 3D-моделирования солнечного магнитного поля. Цвет маркирует направление магнитных силовых линий. Из статьи [1]
Рис. 1. Результат численного 3D-моделирования солнечного магнитного поля. Цвет маркирует направление магнитных силовых линий. Из статьи [1]

Максимум солнечной активности — это максимальная мощность этих магнитных обручей при минимальной дипольной составляющей. Плазма с магнитным полем в равновесии легче, чем без поля, — оно дает дополнительное давление. Поэтому магнитное поле стремится всплыть и всплывает в виде огромных петель. Там, где у этих петель «ноги», возникают солнечные пятна: магнитное поле препятствует передаче тепла, и поверхность охлаждается до 4000 °K. И когда сходятся «ноги» двух петель противоположной полярности, они начинают пересоединяться — это и есть солнечная вспышка.

Магнитное поле, заключающее в себе огромную энергию, аннигилирует: из двух петель получается одна. Высвободившаяся энергия передается частицам, через них — гамма- и рентгеновским квантам. Они прилетают через 8 минут после начала вспышки, которая обычно продолжается от нескольких минут до нескольких десятков минут.

Сами частицы больших энергий распирают петлю и улетают — это называется корональный выброс. Облако частиц достигает Земли через пару дней и плющит нашу магнито­сферу. Происходит то, что называется «магнитной бурей»: пропадает радиосвязь, а в линиях передач индуцируется скачок напряжения.

Это, в общем, рутинные события, мелкие неприятности. Однако по крайней мере одна вспышка за всю историю наблюдений и последовавшая за ней магнитная буря вышли далеко за рамки рутины. Это хорошо известное Квебекское событие, когда в большей части канадской провинции Квебек на несколько дней отрубилось электричество — именно из-за индукционных наводок в линиях передач.

Другая знаменитая вспышка, вызвавшая сильнейшую геомагнитную бурю, произошла в 1859 году — так называемое Событие Каррингтона, по имени описавшего ее астронома. В тот раз полярное сияние наблюдалось вплоть до Кубы, вышел из строя телеграф, а если бы в то время существовали электросети, то вышли бы из строя и они. Современные оценки ущерба от подобной геомагнитной бури дают цифру 2–3 трлн долл. (только для США). Полное энерговыделение сильнейших «исторических» вспышек — порядка 1032 эрг. Это существенно меньше, чем Солнце выделяет за секунду (4 1033 эрг/с), но производит большой эффект из-за жесткости выделенного излучения и ускоренных частиц.

Событие Каррингтона — самая сильная вспышка за время инструментальных наблюдений, но далеко не самая сильная в исторические времена. В 775 году произошел подброс содержания радиоактивного изотопа 14С в кольцах деревьев (дуб и кедр) и изотопа 10Ве в годовых слоях гренландского льда. Эта вспышка была по меньшей мере в 40 раз сильней, чем любая из вспышек, зарегистрированных в космическую эпоху, и превосходила по энерговыделению 1033 эрг.

Илья Усоскин (Университет Оулу, Финляндия) в своем обзоре [2] утверждает, что это — самое сильное событие в голоцене, начавшемся 11 тыс. лет назад. Он же в частном сообщении высказал мнение, что это вообще близко к теоретическому пределу мощности солнечной вспышки; по его словам, этот предел с некоторым усилием можно дотянуть до 1034 эрг, но не более того. Тем не менее существуют молодые звезды класса Солнца (класс G), чьи вспышки выделяют до 1036 эрг, и более старые, вращающиеся с той же скоростью, что и Солнце, со вспышками до 1035 эрг. То есть существуют аналоги Солнца со вспышками почти в тысячу раз сильней рекордсменов последних 50 лет. Эти вспышки видят в данных космического телескопа «Кеплер», который был нацелен на поиск экзопланет, но принес массу другой ценной информации.

Рис. 2. Кривая содержания радиоактивного изотопа углерода 14С в древесных кольцах кедра и дуба по годам. Рисунок из обзора Ильи Усоскина [2]
Рис. 2. Кривая содержания радиоактивного изотопа углерода 14С в древесных кольцах кедра и дуба по годам. Рисунок из обзора Ильи Усоскина [2]

«Кеплер» видит вспышки большого числа звезд. Конечно, он наблюдает только достаточно сильные события, причем видит их не в рентгене, а в оптике. Примеры вспышек, взятые из статьи [3], показаны на рис. 3. Можно в очередной раз отметить потрясающее качество данных: «Кеплер» прекрасно видит колебания блеска из-за неравномерного распределения пятен на поверхности звезды, так что можно оценить суммарную площадь пятен.

Рис. 3. Примеры кривых блеска звезд с супервспышками. По горизонтали — юлианские дни (справа — доли дня от максимума вспышки), по вертикали — светимость звезды относительно средней. Из работы [3]
Рис. 3. Примеры кривых блеска звезд с супервспышками. По горизонтали — юлианские дни (справа — доли дня от максимума вспышки), по вертикали — светимость звезды относительно средней. Из работы [3]

В обстоятельной статье [4] авторы задаются вопросом: есть ли среди «супервспышечных» звезд, обнаруженных «Кеплером», медленно вращающиеся звезды, подобные Солнцу? При этом они использовали данные космического телескопа Gaia, нацеленного на астрометрические измерения и наблюдения на наземном телескопе. Ответ оказался положительным.

Звездные супервспышки вместе с измеренными солнечными вспышками показаны на рис. 4. Облако событий «Кеплера» лежит достаточно далеко и отделено от облака солнечных вспышек большим промежутком. Эти облака представляют разные явления или одно и то же, искаженное наблюдательной селекцией? Может ли распределение интерпретироваться так, что «Кеплер» не видит слабых вспышек, а наблюдения за Солнцем слишком коротки по времени, чтобы на нем произошли сильные? Пожалуй, нет. Скорее всего, это все-таки разные явления, но распространяется ли второе из них, катастрофическое, на звезды типа Солнца и, может быть, на наше Солнце?

Рис. 4. Солнечные вспышки и звездные супервспышки «Кеплера». По горизонтали — площадь группы солнечных/звездных пятен в единицах площади полусферы Солнца, по вертикали — энерговыделение вспышки. Из работы [4]
Рис. 4. Солнечные вспышки и звездные супервспышки «Кеплера». По горизонтали — площадь группы солнечных/звездных пятен в единицах площади полусферы Солнца, по вертикали — энерговыделение вспышки. Из работы [4]

На рис. 5 показано распределение мощности вспышек в зависимости от скорости вращения звезды. Слева — молодые, быстро вращающиеся звезды класса G, справа — медленно вращающиеся, старые. Период обращения Солнца — 24 дня. Видно, что есть отрицательная корреляция между периодом вращения и мощностью супервспышек, но всё равно последние дотягивают до 1035 эрг и у медленно вращающихся звезд. Данные Gaia и наземного телескопа APO 3.5 m не демонстрируют какого-либо отличия тех звезд от Солнца.

Рис. 5. Звездные супервспышки в координатах — период вращения звезды — энергия вспышки. Из работы [4]
Рис. 5. Звездные супервспышки в координатах — период вращения звезды — энергия вспышки. Из работы [4]

Что произойдет, если Солнце взбрыкнет подобным образом? Если бы аномальная вспышка произошла до середины XIX века, не случилось бы ничего плохого, разве что пострадал бы озоновый слой Земли. Зато люди подивились бы чудесному сиянию неба. Произойди вспышка типа 1035 эрг сейчас, цивилизация понесла бы тяжелейший урон, большие человеческие потери, а потом много лет бы восстанавливалась. Для этого даже не нужно такой мощности: события 775 года вполне могло бы хватить.

А что произойдет в прогнозируемом технологическом будущем, когда человек будет сильнее зависеть от искусственной среды, — даже представить страшно. Мои собственные фантазии на эту тему (не претендующие на статус научного прогноза) можно прочесть в книге «Феникс сапиенс» [5]. Однако, на мой взгляд, человечеству не стоит забывать о возможности такой сильной вспышки. Необходимо подумать о том, как к ней подготовиться. Предупрежден — вооружен.

Борис Штерн

  1. Augustson et al. // ApJ. 2015. arXiv:1410.6547.
  2. Usoskin I. G. A history of solar activity over millennia // Living Rev. Sol. Phys. 2017. 14:3.
  3. Maehara et al. // Earth, Planets and Space. 2015. 67:59. earth-planets-space.springeropen.com/articles/10.1186/s40623-015-0217-z
  4. Yuta Notsu et al. // ApJ. 1 May 2019. 876:58. iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab14e6/meta
  5. Штерн Б. Феникс сапиенс. Троицк: Троицкий вариант, 2020.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 См. также:

  • Проект TPF (NASA)07.05.2019 Можно ли распознать жизнь на далекой планете? Недавно в ТрВ-Наука публиковалась дискуссия о вероятности зарождения жизни на подходящей планете. Это та вероятность, о которой можно теоретизировать, но которую нельзя измерить, покуда нам известен лишь один случай. Нужен хотя бы еще один, и тогда уже можно оценить эту вероятность с точностью до порядка величины. Разговоры на эту тему ведутся давно, этим, в частности, занимается наука под названием «астробиология». Обретет ли эта наука предмет наблюдения?
  • Поверх барьеров08.05.2018 Поверх барьеров Весна — прекрасное время для запуска новых космических миссий во имя науки. За последние две-три недели таковых случилось сразу несколько. Важная черта, однако, — вынужденное удешевление всего и вся. Если в былые годы стоимость одного лишь магнитного альфа-спектрометра, установленного на МКС, оценивалась в 2 млрд долл., то цена обсуждаемых ниже проектов NASA в разы ниже…
  • Ближайшие пригодные для жизни экзопланеты: где они, как их можно наблюдать и как их достичь28.06.2016 Ближайшие пригодные для жизни экзопланеты: где они, как их можно наблюдать и как их достичь Год назад было объявлено об открытии планеты земного типа Кеплер-452b у звезды, похожей на Солнце. Планета даже получила прозвище «Земля 2.0», хотя она примерно в пять раз тяжелее Земли. Впрочем, это не помеха для жизни. Главное — она находится в зоне обитаемости, то есть на таком расстоянии от своей звезды, что на ней может быть комфортная температура и жидкая вода. Лишь одно обстоятельство слегка удручает: расстояние до этой системы — 1400 световых лет.
  • «В далеком созвездии Тау Кита…»10.04.2018 «В далеком созвездии Тау Кита…» Где находится ближайшая к нам планета, пригодная для земной жизни? Автор данной заметки в своей книге «Ковчег 47 Либра» поместил ее на расстояние 60 световых лет. Оценка была сделана «в лоб» по данным «Кеплера». Оказалось, что эта величина сильно завышена. У которой из звезд типа Солнца есть планета, пригодная для земной жизни? Сможем ли мы найти ее в обозримое время?
Подписаться
Уведомление о
guest
10 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Александр Литягин
18 дней(-я) назад

А насколько сильно 10^35эрг от солнца по сравнению с ударом молнии?

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
14 дней(-я) назад

Разноязычная реакция Google на угрозу солнечных вспышек для жизни цивилизации.
Цивилизация может погибнуть от аномально мощной солнечной вспышки
Результатов: примерно 91 500
Цивилизация не может погибнуть от аномально мощной солнечной вспышки
Результатов: примерно 102 000
91500/102000=90%
Civilization can die from an abnormally powerful solar flare
Результатов: примерно 1 960 000
Civilization cannot die from an abnormally powerful solar flare
Результатов: примерно 8
1960000/8=24500000%
Вывод: русскоязычный Google умеренный оптимист, англоязычный — глубокий пессимист.

Борис Штерн
ТрВ
7 дней(-я) назад

А не может быть так, что поисковик попросту игнорирует русское «не» и всерьез воспринимает «cannot»?

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
7 дней(-я) назад
В ответ на:  Борис Штерн

Не знаю. На площадке ТрВН грамотно ответить, похоже, могут Виталий Мацарский и Юрий Кирпичев.

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
14 дней(-я) назад

Астрофизики, в силу специфики профессии, способны видеть земные проблемы в контексте Вселенной, — это изумляет и радует. Например, Фред Хойл допускал внеземную причину пандемий гриппа, — вирусы могут заноситься космической пылью и приживаться в периоды спокойного Солнца, когда нет стерилизатора околоземного пространства – солнечных вспышек. С мая прошлого года и по сентябрь этого Солнце было на редкость спокойным — вспышечная активность и пятна на нём практически отсутствовали, — и только сейчас стало оживать, так что можно ожидать, — сегодняшний внеземной источник пандемии скоро иссякнет.
Fred Hoyle et al. Diseases from Space (1979)
https://ia800603.us.archive.org/23/items/B-001-024-178/B-001-024-178.pdf

Леонид Коганов
Леонид Коганов
14 дней(-я) назад

https://www.mk.ru/social/2020/11/20/professor-mikhail-bala-razglyadel-v-koronaviruse-biologicheskoe-oruzhie.html
Как Вам это? Конспироложество, нет? Не могу знать! Вам, ближе к Китаю, видней.
Л.К.

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
13 дней(-я) назад
В ответ на:  Леонид Коганов

Человек — мыслящая биоформа жизни, фейк — оружие, уничтожающее способность мыслить, следовательно, ваша ссылка — биологическое оружие.
К слову, — Москва и москвичи ближе всех к иноземным территориям, т.к. все остальные россияне добираются до них через столицу РФ.

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
7 дней(-я) назад

Спасибо автору, — сконструировал почти балетный образ вспышки. Однако, похоже, в местах, где они рождаются можно увидеть не только балерин. Например, астроном-любитель Франсуа Рувьер прислал на SpaceWeather.com любопытное изображение, — на нём Солнце подмигивает нам. В общем, рентгеновские фото Солнца в пятнах — сплошная парейдолия-пандемия, — тест Роршаха, да и только…
https://ibb.co/2hZn5vF

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
5 дней(-я) назад

Разноязычная реакция Google на жизненные ценности социумов.
В расчетах использована американская система единиц, в которой «Время=Деньги», — чтобы не нарушалось правило размерности.
Жизнь  Результатов: примерно 460 000 000
Время  Результатов: примерно 1 220 000 000
Деньги  Результатов: примерно 386 000 000
Жизнь/(Время+Деньги)=460/(1220+386)=29%
Life  Результатов: примерно 9 720 000 000
Time  Результатов: примерно 15 820 000 000
Money  Результатов: примерно 5 200 000 000
Life/(Time+Money)=9720/(15820+5200)=46%
Вывод: в англоязычном социуме половина жизни тратится на зарабатывание денег, в русскоязычном – только треть. Это правдоподобно, — похоже, Google достаточно репрезентативно откликается на жизнь социума.
И ещё, — похоже, даже вспышка класса M4.4 одного пятна не оказывает заметного влияния на жизни соседнего пятна. Вчера, 29ноя2020 в 16:11 мск спутники NASA увидели самую большую солнечную вспышку за более чем 3 года. Обсерватория солнечной динамики NASA сделала  ультрафиолетовый фильм об этом впечатляющем событии.comment image

Владимир Аксайский
Владимир Аксайский
4 дней(-я) назад

Вот ещё анимация вспышки класса M4.4 29ноя2020 с выбросом корональной массы. Впечатляет грандиозность выброса, — здесь масштаб – диаметр белого кружка Солнца. Динамическая картина этого и других выбросов внешне напоминает работу реактивных двигателей трехпозиционной системы пространственной корректировки спутников или реактивных движений существ типа медуз. Три позиции – 3 светлых лучика, задают направления ориентации выбросов. Можно допустить — 11-летний ритм активности Солнца определяется внешней причиной, заставляющей его закономерно откликаться вспышками с выбросами. В общем, похоже, вспышки – неотъемлемый элемент жизнедеятельности нашей звезды в галактике.
comment image

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (3 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: