Google DeepMind разработала новую модель прогнозирования погоды с помощью искусственного интеллекта (ИИ) GenCast, которая превосходит традиционные метеорологические методы по прогнозированию погоды на срок до 15 дней и, к тому же, точнее предсказывает экстремальные погодные явления.

Источник изображения: NOAA/unsplash.com

ИИ-модель GenCast рассматривает вероятность реализации нескольких сценариев для точной оценки тенденций — от выработки энергии ветра до перемещения тропических циклонов. Вероятностный метод GenCast является новым рубежом в использовании ИИ для обеспечения более качественных и быстрых ежедневных прогнозов погоды. Этот подход всё чаще используют крупные метеослужбы, пишет Financial Times.

«Это знаменует собой своего рода переломный момент в развитии ИИ для прогнозирования погоды, поскольку современные необработанные прогнозы теперь поступают из моделей машинного обучения», — отметил Илан Прайс (Ilan Price), научный сотрудник Google DeepMind. Он добавил, что GenCast может быть включен в оперативные системы прогнозирования погоды, что позволит метеорологам лучше понимать тенденции и готовиться к предстоящим погодным явлениям.

Новизна подхода GenCast в сравнении с предыдущими моделями машинного обучения заключается в использовании так называемых ансамблевых прогнозов, представляющих различные результаты, — метода, применяемого в современном традиционном прогнозировании погоды. Для обучения GenCast использовалась накапливавшаяся в течение четырёх десятилетий база данных Европейского центра среднесрочного прогнозирования погоды (ECMWF).

Согласно публикации в Nature, модель GenCast превзошла 15-дневный прогноз ECMWF по 97,2 % из 1320 переменных, таких как температура, скорость ветра и влажность. Таким образом она превзошла по точности и охвату ИИ-модель GraphCast от Google DeepMind, представленную в прошлом году. GraphCast превзошла прогнозы ECMWF на 3–10 дней вперед примерно по 90 % показателей.

Модели прогнозирования погоды на основе ИИ работают гораздо быстрее стандартных методов прогнозирования, которые полагаются на огромную вычислительную мощность для обработки данных. GenCast может сгенерировать свой прогноз всего за восемь минут, тогда как на составление прогноза с помощью традиционных методов уходят часы.

По словам исследователей, ИИ-модель GenCast может быть дополнительно улучшена в части способности предсказания интенсивности крупных штормов. Также может быть увеличено разрешение её данных, чтобы соответствовать обновлениям, сделанным в этом году ECMWF.

ECMWF назвал разработку GenCast «важной вехой в развитии прогнозирования погоды». Центр также сообщил, что интегрировал «ключевые компоненты» подхода GenCast в версию своей собственной системы прогнозирования ИИ с ансамблевыми прогнозами, доступную с июня.

Учёные обнаружили связь между молниями в атмосфере Земли и появлением электронов с околосветовыми скоростями в радиационных поясах Ван Аллена вокруг планеты. В данных спутниковых наблюдений за десять лет такие события часто разделены интервалами менее секунды, что указывает на прямую связь. Это означает, что погода на Земле имеет прямое воздействие на околоземную космическую погоду, которая способна оказывать негативное влияние на спутники и космонавтов.

Снимок грозы с борта МКС. Источник изображений: NASA

Пояса Ван Аллена — это две относительно стабильных области пространства вокруг Земли, которые служат ловушкой для высокоэнергетических частиц из космоса и от Солнца. Пояса формирует магнитное поле планеты: внутренний пояс простирается от 640 до 9600 км, а внешний — от 13 500 до 58 000 км. Без этой защиты поверхность Земли была бы вычищена радиацией от всей биологической жизни. Электроника также боится частиц с высокой энергией, которые могут вызывать как сбои, так и непосредственное повреждение чипов.

Группа учёных во главе с Максом Файнландом (Max Feinland) из Университета Колорадо (University of Colorado) в Боулдере проанализировала данные спутниковых наблюдений за активностью в поясах Ван Аллена в период с 1996 по 2006 год и обнаружила там 45 всплесков появления облаков высокоэнергетических электронов со скоростями, близкими к скорости света. Такие частицы легко покидали области поясов Ван Аллена и становились угрозой как космонавтам, так и спутникам на всех орбитах. Но что самое удивительное, ряд событий возникал сразу после разрядов молний в атмосфере Земли.

Схематическое изображение поясов Ван Аллена

Традиционно люди на орбите и операторы спутников предупреждаются о радиационной опасности в связи с активностью Солнца, будь то просто вспышки или выбросы корональной массы. Появление высокоэнергетических частиц с тыла никто не учитывает, однако теперь учёным нужно внимательнее изучить процесс их рождения и, не исключено, что тем самым проявится новый контур угрозы. Пока исследователи полагают, что порождаемые грозовыми разрядами электромагнитные волны — так называемые атмосферики (волны Уистлера в зарубежной литературе) — провоцируют цепную реакцию в облаках низкоэнергетических электронов в поясах Ван Аллена, что ведёт к появлению электронов-убийц и их разлёту во всех направлениях.

Учёные из Национальной солнечной обсерватории США (NSO) представили первые в мире детальные карты магнитных полей солнечной атмосферы (короны). Проделанная работа — это только начало тотального картирования магнитосферы короны. Это новый уровень в изучении физики нашей родной звезды, который позволит прогнозировать едва ли ни все явления на Солнце от пятен до корональных выбросов, а это путь к предсказанию космической погоды в нашей системе.

Источник изображения: NASA/SDO

Новаторские карты магнитных полей в атмосфере Солнца смог получить новый и самый большой в мире наземный солнечный телескоп им. Дэниела Иноуэ (Daniel K. Inouye Solar Telescope, DKIST). Он начал научную работу в феврале 2022 года и уже добыл самые детализированные снимки нашей звезды, где разрешение каждого пикселя соответствовало 20 км. Казалось бы, что нам искать фактически под микроскопом на Солнце? Тем не менее учёные имеют более-менее полное представление о масштабных физических процессах на нашей звезде, но в мелочах не способны разобраться даже сегодня.

Для выявления магнитных линий (полей) в короне Солнца учёные воспользовались криогенно охлаждённым спектрометром, подключённым к телескопу DKIST. С помощью коронографа исследователи могли изолированно от поверхности наблюдать атмосферу Солнца и одновременно снимать её спектр в ближнем инфракрасном диапазоне. В частности, исследователей интересовал спектр железа в атмосфере звезды. Существует такое явление, как эффект Зеемана. Он описывает расщепление спектральных линий атомов в магнитном поле.

Карта магнитных полей солнечной короны

Спектрометр легко выявляет расщепление линий вплоть до определения поляризации линий магнитного поля. Всё это позволяет в подробностях увидеть распределение линий напряжённости в короне. Если мы знаем, как распределены линии магнитных полей в атмосфере Солнца, то можем предсказать появление, размеры и очертания пятен на Солнце, интенсивность вспышек и направления выбросов корональной массы. Солнце станет предсказуемым. Это будет своего рода победа над ним.

«Картирование напряженности магнитного поля в короне — фундаментальный научный прорыв не только для исследований солнечной системы, но и для астрономии в целом, — говорят авторы исследования. — Это начало новой эры, когда мы поймем, как магнитные поля звёзд влияют на планеты здесь, в нашей собственной солнечной системе, и в тысячах экзопланетных систем, о которых мы теперь знаем».

Историческая миссия Polaris Dawn с космическими туристами первоначально должна была стартовать 26 августа, но ответственная за неё компания SpaceX перенесла её на день, чтобы провести дополнительные предполётные проверки. После утечки гелия запуск пришлось перенести ещё на день, а теперь миссия задерживается ещё на несколько дней из-за неблагоприятных погодных условий.

Источник изображения: x.com/SpaceX

«Из-за неблагоприятных погодных условий, прогнозируемых в районах приводнения Dragon у побережья Флориды, мы отменяем запуск Polaris Dawn на Falcon 9 сегодня и завтра. Специалисты продолжат следить за погодой в ожидании благоприятных условий запуска и возвращения», — сообщила SpaceX в соцсети X.

В рамках миссии Polaris Dawn планируется отправка четырёх человек на околоземную орбиту в капсуле SpaceX Crew Dragon на ракете Falcon 9. В состав экипажа входят командир Джаред Айзекман (Jared Isaacman), который финансирует миссию; пилот Скотт Потит (Scott «Kidd» Poteet), бывший подполковник ВВС США; а также специалисты миссии Сара Джиллис (Sarah Gillis) и Анна Менон (Anna Menon) — инженеры SpaceX.

Это будет историческая миссия по несколькими причинам. Айзекман и Джиллис впервые в истории коммерческих миссий проведут выход в открытый космос; кроме того, корабль Dragon поднимется на рекордную высоту 1400 км. Новой планируемой даты старта в SpaceX не объявили, но если 28 и 29 августа он точно не состоится, что произойдёт это 30 августа или позднее. Потит, Джиллис и Менон побывают в космосе впервые, а Айзекман уже был на орбите в сентябре 2021 года в рамках миссии Inspiration4. Сейчас он обеспечил финансирование пятидневной Polaris Dawn и двух дополнительных миссий после неё.

Во вторник, 23 июля 2024 года, произошла мощнейшая в текущем цикле активности нашей звезды вспышка на Солнце. Она была класса X14 и почти в два раза превзошла по силе майскую вспышку класса X8.7, после которой полярные сияния наблюдались далеко на юге нашей страны и многих других регионах. К счастью, мощнейшая за многие годы вспышка произошла на обратной стороне Солнца, что уберегло нас от последствий.

Источник изображения: Helioviewer.org

Вспышка 23 июля сопровождалась впечатляющим корональным выбросом массы с Солнца. Это облако плазмы — заряжённых частиц, которые способны вызвать сбои в работе радиосвязи на Земле и в работе спутников вплоть до их полного повреждения и даже сходов с орбиты по причине расширения атмосферы Земли под воздействием солнечного ветра. Поскольку вспышка произошла на обратной стороне Солнца, «выстрел» КВМ ушёл в пустое пространство.

«В соответствии с классификацией GOES — это была самая крупная вспышка на сегодняшний день, — рассказал Сэмюэл Крукер (Samuel Krucker), ведущий сотрудник спектрометра и телескопа для получения рентгеновских снимков (STIX) на SolO. — Другие крупные вспышки, которые мы обнаружили, произошли 20 мая 2024 года (X12) и 17 июля 2023 года (X10). Все они произошли с обратной стороны Солнца».

Если бы породившее вспышку гигантское пятно на Солнце смотрело в сторону Земли, а это лишь вопрос синхронизации по времени вращения звезды, то нас поразила бы геомагнитная буря мощнее майской. Полярные сияния были бы видны далеко на юге. С другой стороны, могла пострадать энергетическая и другая инфраструктура на планете, в чём для индустриальной цивилизации мало хорошего. Под воздействием солнечного возмущения магнитное поле Земли приходит в движение, что вызывает наведение постоянных токов в протяжённых металлических конструкциях — рельсах, трубопроводах, линиях электропередач. Это создаёт критическую нагрузку на электронное и электрическое оборудование с риском аварий.

Несмотря на всю мощь технологий нашей цивилизации, глубины морей и океанов всё ещё хранят свои тайны. Традиционный метод изучения вод с помощью экспедиций на океанографических суднах — это крайне затратное мероприятие, не говоря о декларируемом вреде для экологии дизельных силовых установок. Исследование глубин автономными средствами сталкивается с проблемой ограничения питания и тоже не решает проблем. Нужен бесконечный источник питания. И он есть.

Источник изображений: Seatrec

В ответ на запрос NASA и ряда других организаций, компания Seatrec разрабатывает самозаряжающиеся источники питания для автономных морских платформ. В двух своих проектах Seatrec использует один и тот же принцип — накопление и использование энергии в процессе фазового перехода вещества из твёрдого в жидкое состояние и из жидкого в газообразное и обратно. Последняя разработка компании — это «бесконечный» поплавок infiniTE. Система подзарядки поплавка опирается на свойство парафина застывать и уменьшаться в объёме при остывании, например, при погружении во всё более холодные слои океанической воды.

После всплытия парафин переходит в жидкую фазу и за счёт расширения вещества накопленная им кинетическая энергия создаёт избыточное давление в системе, которое направляется на выполнение работы — на вращение генератора. Происходит зарядка батарей платформы. Несколько циклов погружения и всплытия заряжают батареи на борту автономной системы и позволяют ей продолжить исследование глубин.

Устройство infiniTE испытано на практике. Оно способно питать достаточно сложные системы, например, для эхолокации или для изучения акустики океана. Данные собираются обильно и постоянно без вмешательства человека. Это позволит расширить сбор данных о зарождении ураганов, например, чтобы повысить точность предсказания этих разрушительных явлений. А ещё есть потенциальная угроза от подводного флота недружественных стран. Но это будет уже другая история.

Лондонская лаборатория искусственного интеллекта Google DeepMind разработала систему, которая, по словам авторов проекта, составляет самые точные в мире прогнозы погоды на десять дней. Модель получила название GraphCast — она работает быстрее и точнее погодного симулятора HRES (High-Resolution Forecast), который считается отраслевым стандартом.

Источник изображения: deepmind.google

Данные GraphCast были проанализированы экспертами Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ЕЦСПП) — межправительственной организацией, которая составляет HRES. Действующая версия GraphCast размещена на сайте ЕЦСПП. В сентябре она за девять дней предсказала, что на побережье Новой Шотландии (Канада) обрушится ураган «Ли», а традиционные средства прогнозирования установили это лишь за шесть дней. Кроме того, они оказались менее точными в аспекте времени и места выхода стихии на берег.

GraphCast способна идентифицировать опасные погодные явления, даже не будучи обученной их находить. С интеграцией простого средства отслеживания циклонов модель прогнозирует их движение более точно, чем метод HRES. Учитывая, что климат становится всё более непредсказуемым, своевременность и точность прогнозов окажется критической при планировании мероприятий перед лицом угрозы стихийных бедствий.

Традиционные методы составления прогнозов погоды основаны на сложных физических уравнениях — они переводятся в алгоритмы, которые обрабатываются суперкомпьютерами. Это кропотливый процесс, который требует специальных знаний и огромных вычислительных ресурсов. Модель GraphCast сочетает алгоритмы машинного обучения и графовые нейросети — архитектуру для обработки пространственно структурированных данных. Для изучения причинно-следственных связей систему обучили на массиве метеорологической информации за 40 лет: ЕЦСПП предоставил данные мониторинга со спутников, радаров и метеостанций. Алгоритм, впрочем, не пренебрегает и традиционными подходами: когда в наблюдениях обнаруживаются пробелы, они восполняются за счёт физических методов прогнозирования.

Источник изображения: charts.ecmwf.int

GraphCast составляет прогнозы в разрешении 0,25° широты и долготы. Иными словами, Земля разбита на миллион участков, по каждому из которых готовится прогноз с пятью переменными на земной поверхности и шести атмосферными показателями, которые охватывают атмосферу планеты в трёх измерениях на 37 уровнях. Переменные включают в себя показатели температуры, ветра, влажности, осадков и давления на уровне моря. Учитывается также геопотенциал — гравитационная потенциальная энергия на единицу массы в указанной точке относительно уровня моря. В ходе испытаний модель GraphCast на 90 % превзошла самые точные детерминированные системы для 1380 тестовых объектов. В тропосфере — нижнем слое атмосферы — прогнозы GraphCast оказалась точнее HRES по 99,7 % тестовых переменных. При этом модель демонстрирует высокую эффективность: прогноз на десять дней выполняется менее чем за минуту на одной машине Google TPU v4, тогда как традиционный подход требует нескольких часов работы суперкомпьютера с сотнями машин.

Несмотря на внушительные результаты, разработка GraphCast ещё не завершена: модель достаточно точно оценивает движение циклонов, но пока уступает традиционным методам в составлении их характеристик. Не исключено, что модель будет совершенствоваться и по другим аспектам, что только повысит её точность. Google DeepMind предлагает всем желающим присоединяться к проекту — разработчик опубликовал исходный код модели.

Астрономы с недоумением фиксируют всё возрастающую активность Солнца, которая, похоже, в текущем цикле достигнет пика намного раньше прогноза. И если предыдущее моделирование обещало пик солнечной активности в июле 2025 года, то теперь эти сроки сместились на лето или осень 2024 года. Но самое неприятное, что этому нет научных объяснений.

Мощнейший выброс на Солнце 31 августа 2012 года. Источник изображения: NASA/SDO/AIA

Земная цивилизация всё сильнее зависит от электричества, электроники и спутников. На всё это в той или иной степени оказывает влияние космическая погода. А последняя, в свою очередь, зависит от текущей активности Солнца, которая демонстрирует ряд циклов. Для деятельности людей на Земле наибольшее значение имеет 11-летний цикл активности, в течение которого Солнце проходит свои минимумы и максимумы.

Специалисты NASA и Национальное управление океанических и атмосферных исследований США много лет создают модели для прогнозирования солнечной активности. Главным критерием для её определения остаётся фиксация «старых» пятен и пятен, возникающих в новом цикле. Они отличаются друг от друга по ряду проявлений, поскольку их магнитные поля различаются достаточно сильно, чтобы это обнаружить.

Когда старых пятен больше нет, цикл может считаться завершённым, хотя для перехода на следующий цикл может потребоваться много месяцев. Во время углублённого анализа явлений солнечной активности в предыдущем цикле учёные NASA обратили внимание, что в предыдущем цикле старые пятна последний раз наблюдались в декабре 2019 года, тогда как линия раздела между предыдущим циклом и новым была проведена в декабре 2021 года. Соответственно, переход на пик активности также может гулять по времени, несмотря на прогнозы.

На основании нового анализа исследователи NASA дали альтернативный прогноз наступления пика солнечной активности в текущем цикле. По их мнению, пик цикла придется на год раньше — в середине–конце 2024 года, а число солнечных пятен будет в два раза больше официального прогноза. Наблюдения за Солнцем в настоящее время подтверждают этот альтернативный прогноз, хотя почему так происходит, этому пока нет объяснения. Если альтернативный прогноз подтвердится, это позволит уточнить модели и сделать предсказание космической погоды лучше.

Выбросы частиц и вещества Солнца в процессе его активного поведения способны не только на зрелищные явления в виде аврор на полюсах и даже намного южнее. Высокоэнергетические частицы разогревают верхние слои атмосферы, заставляя её расширяться и тормозить спутники на низких орбитах. Также они способны выводить из строя линии электропередач, нарушать работу радиосвязи и навигации. Для цивилизации, всё больше зависящей от электричества и электроники, необходимо научиться предсказывать сбои и предотвращать их на стадии проектирования или в процессе эксплуатации.

Нынешний 11-летний цикл активности Солнца даёт все поводы считать его особенным. По прогнозам, его пик придётся на июль 2025 года. Можно только догадываться, что он нам принесёт. До пика ещё два года и прошла только первая неделя августа, но на Солнце произошли две вспышки экстремальной интенсивности, одна из которых задела Землю коронарным выбросом массы, а вторая вырубила радиосвязь по всей Северной Америке и над Тихим океаном.

Вспышка экстремальной интенсивности произошла по правому краю Солнца. Источник изображений: NASA

Вспышка интенсивностью X1.63 произошла 5 августа, а 7 августа зарегистрирована вспышка интенсивностью X1.5. За это же время было 2 вспышки M-класса и 9 вспышек C-класса. Вспышка X-класса 5 августа сопровождалась выбросом коронарной массы Солнца — триллионов тонн вещества.

Более того, произошло два выброса, что привело к проявлению «каннибальского» эффекта — первый поток замедлился, а второй догнал его и поглотил. В результате возникли ударные процессы, которые вызвали сильнейшие гамма-излучение, ускорение потоков плазмы и электромагнитных волн. Этот выброс был на краю Солнца, но он был направлен в сторону Земли и задел её атмосферу по касательной траектории, поэтому явление не имело тех последствий, которые могли бы произойти — это геомагнитные штормы и тому подобное. Хотя, это событие нашло отклик в виде регистрации сильнейшего в истории наблюдений гамма-излучения от солнечной активности.

Зона отключения высокочастотной радиосвязи 7 августа

Вспышка 7 августа хоть и была несколько слабее, но её последствия сказались на высокочастотной радиосвязи по всей территории Северной Америки и над Тихим океаном — её там просто вырубило на время. Для обычного человека такое обычно происходит незаметно, но для служб и работы спутников это может быть чревато инцидентами и, судя по наблюдениям за последние 18 месяцев, подобное будет происходить всё чаще и чаще.

Европейский метеорологический спутник Aeolus вчера был сведён с орбиты. Частично он сгорел в верхних слоях атмосферы, а что-то оставшееся от него упало в воды Атлантического океана. Аппарат стал революционным событием в мире метеорологии. До него ни один инструмент не мог создавать глобальную карту ветров на планете на всех высотах от поверхности до 30 км над ней. Теперь Европа закажет сразу два таких спутника!

Источник изображений: Airbus / ESA

Главным прибором Aeolus стал телескоп, чувствительный к ультрафиолетовому диапазону. Телескоп улавливал отражённый от воздушных масс сигнал, который посылали два мощных бортовых лазера спутника. Сигнал отражался от молекул воды и пыли в воздухе и позволял с точностью определять силу и направление ветра. До этого синоптики оценивали ветер по скорости движения облаков, гребням волн, с помощью наземных датчиков, датчиков на борту самолётов и на воздушных шарах. Надо ли говорить о недостаточной полноте и точности получаемой такими дискретными способами картины?

Спутник Aeolus впервые предоставил синоптикам полную и детальную картину розы ветров на планете. Это значительно повысило точность прогнозов погоды на несколько дней вперёд. Аппарат оказался настолько ценным и продуктивным, что власти Европы готовы заказать ещё два подобных аппарата, первый из которых должен быть изготовлен к концу десятилетия.

Спутник Aeolus произведён компанией Airbus в Великобритании. Новые аппараты, скорее всего, также будут собраны в Airbus. Страны-участники Европейского космического агентства уже утвердили бюджет на это в размере 413 млн евро. Ещё около 900 млн евро внесёт Eumetsat, межправительственная организация, управляющая метеорологическими спутниками Европы.

Японский погодный спутник засёк вчера яркую вспышку над Атлантикой. Возможно это сгорел Aeolus

Спутник Aeolus был запущен в 2018 году, когда ещё не было установлено требование заранее определять точку и средства свода с орбиты для снижения объёмов космического мусора. Операторы аппарата неделю готовились к процедуре, опустив к пятнице спутник на высоту 120 км, где его начала быстро тормозить атмосфера. Можно сказать, что спутник совершил условно контролируемое падение. Возможно даже кто-то наблюдал это событие.

2 июля 2023 года в 19:14 по восточному стандартному времени США (3 июля в 02:14 мск), на Солнце произошла вспышка самого мощного X-класса. Измеренная мощность вспышки была на уровне X1, что далеко от зафиксированного в истории наблюдений максимума X28. Выброс энергии не сопровождался выбросом коронарной массы, но всё равно вызвал последствия в виде нарушения радиосвязи на стороне Земли, обращённой к Солнцу.

Источник изображения: NASA/SDO

Отключение радиосвязи было коротким, но интенсивным. Более сильный выброс энергии способен вызвать сбои в системе навигации, в спутниковой связи и в энергосетях. Последнее вполне способно привести к серьёзным авариям и выходу силового оборудования из строя. Поэтому так важно знать и уметь прогнозировать космическую погоду — вспышки на Солнце и динамику, а также распространение солнечного ветра — заряжённых частиц или солнечной плазмы.

В настоящий момент Солнце проходит восходящий период на траектории своего 11-летнего цикла активности. Пик интенсивности ожидается в июле 2025 года. Ранее учёные прогнозировали общее снижение активности Солнца в текущем 25-м цикле по сравнению с активностью в 24-цикле. Однако то, что мы наблюдаем в последние месяцы явно расходится с этим прогнозом.

Вспышка произошла из пятна AR3354. Выброс плазмы был бы в сторону Земли

Так, эксперты НАСА и NOAA прогнозировали, что пик 25-го цикла будет относительно спокойным и будет сопровождаться примерно 115 солнечными пятнами в момент солнечного максимума. Но уже сейчас по данным Королевской обсерватории Бельгии, количество солнечных пятен достигло 21-летнего максимума, а среднее число солнечных пятен в июне составило 163 в день. Учёные опасаются, что в ближайшие два года Солнце может преподнести нам сюрпризы. Наука почерпнёт в этом много интересного, но простым гражданам сюрпризы от Солнца вряд ли нужны.

Национальный научный фонд США представил серию снимков Солнца, сделанных солнечным телескопом им. Дэниела Иноуэ (Daniel K. Inouye Solar Telescope, DKIST). Каждый пиксель на картинке соответствует 20 км солнечной поверхности. Это самые детальные изображения нашей звезды. Что в этом интересного? Земная наука плохо представляет себе физику процессов на Солнце и для неё каждый такой снимок — это путь к удивительным открытиям.

Все снимки можно увеличить (нажмите на изображение). Источник изображений: NSF/AURA/NSO

В целом учёные сходятся, что в основе «работы» Солнца и звёзд как мы это видим, лежат законы квантовой физики. Вероятностный характер квантово-механических явлений (конкретно — туннельный эффект) позволяет идти термоядерным реакциям внутри звёзд медленно и верно. Вопреки распространённому мнению, только лишь колоссальных давления и температуры в ядре звёзд недостаточно для запуска термоядерной реакции. Необходим квантовый переход, чтобы протоны водорода преодолели электромагнитное отталкивание и сблизились до начала сильных взаимодействий.

Центр пятна на Солнце (умбра) и окружающей его полутени (пенумбра)

Но это всё крайне сложная физика. Детальные изображения Солнца со всеми его тонкими структурами (размерами от полутысячи до полутора тысяч км) позволяют точнее представить модель конвективных процессов на нашей звезде и с высочайшей точностью проследить за миграцией магнитных полей. Телескоп «Иноуэ», как показали первые полученные им изображения, может помочь в разгадке циклической активности Солнца и тайну такой же периодической смены его магнитных полюсов. Классическая физика в этом вполне может помочь и данные телескопа станут для учёных ценнейшим подспорьем в этом деле.

Огненный мост плазмы, соединяющий края пятна

Наконец, это просто красиво. В максимальном разрешении все изображения можно найти на сайте Национального научного фонда США.

Спикулы или нити плазмы в хромосфере Солнца, которые визуализируют магнитные поля звезды

Наше Солнце выходит на пик очередного 11-летнего цикла активности. Далёкие звёзды в этом плане не являются исключением. Они точно также имеют свои циклы и последствия этого — пятна, выбросы коронарной массы и вспышки. И это могут быть невообразимые по своему масштабу события, которые не просто формируют космическую погоду в системе, но могут запросто уничтожить в ней всё живое. Оказалось, за примерами далеко ходить не надо.

Событие в представлении художника. Источник изображения: NAOJ

Японским астрономам под руководством Шуна Иноуэ (Shun Inoue) из Киотского университета удалось поймать сильнейшую за всю историю наблюдений вспышку на звезде. К счастью, наше Солнце не такое активное, как одна из звёзд в двойной системе V1355 Orionis, которая и произвела эту вспышку. Событие произошло на удалении 400 световых лет от нас и никак не могло повлиять на космическую погоду в нашей системе, но в своей родной системе оно могло наделать беды.

Скорость извержения материала звезды достигла 900 км/с, что почти в три раза быстрее скорости убегания звезды. Яркость события более чем десятикратно превышала самую сильную зафиксированную в истории земных наблюдений вспышку. Астрономы не до конца понимают физику таких процессов, поэтому все подобные события тщательно анализируются, а аномалии и вовсе на вес золота. Именно исключения из правил двигают прогресс и науку, что в полной мере относится к астрономии.

В наблюдениях учёные из Японии использовали как свой инструмент — 3,8-метровый телескоп Seimei Telescope, так и космическую обсерваторию Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), которая ищет экзопланеты. Понимание физики вспышек, выбросов коронарной массы и активности звёзд в целом поможет в оценках вероятности жизни в иных мирах и, что более важно, позволит нам лучше прогнозировать эти же события на Солнце.

В NASA сообщили, что сегодня в 05:33 по московскому времени на Солнце произошла мощная вспышка. Интенсивность события была экстремального класса с индексом X1.2. В это время на освещённой стороне Земли резко ухудшилась, а местами совсем пропала высокочастотная радиосвязь. О выбросе коронарной массы не сообщается, поэтому информации о возможной скорой геомагнитной буре нет.

Источник изображения: www.spaceweather.gov

Солнце движется к пику активности в своём очередном 11-летнем цикле. Текущий цикл 25-й по счёту с момента начала детальных наблюдений за Солнцем. Пик активности ожидается в конце 2024 года или в начале 2025 года. До этого осталось не так много времени, и уже собрано достаточно статистики, чтобы ожидать ощутимо большей активности Солнца, чем в предыдущем цикле и, надо сказать, складывающаяся ситуация беспокоит учёных.

Особую озабоченность вызывает растущий на орбите флот спутниковых созвездий связи. При утере управляемости, а оборудование может выйти из строя после особенно мощной и крайне неудачно направленной на Землю вспышки, разрушение спутников на орбите может принять каскадный и лавинообразный характер. Это вряд ли приведёт к тотальным разрушениям на Земле, но небо для запуска новых космических аппаратов может закрыть надолго. Недавний цикл статей в Nature был именно об этом.

С начала текущего года сегодняшняя вспышка класса X четвёртая по счёту в этой категории, но не самая сильная. Самая сильная с индексом X2.2 произошла 17 февраля. Впрочем, у нас есть к чему «стремиться». С момента наблюдения за Солнцем самая сильная вспышка произошла в 2003 году — ей был присвоен «внеклассовый» индекс X28. Когда она произошла, в нескольких штатах США было полное отключение энергосетей, не говоря о перебоях в связи.

Центр прогнозирования космической погоды Национальной метеорологической службы США сообщил, что 15 марта полярные области Земли накрыли облака «тёмной плазмы». В отличие от светового излучения и потока заряженных частиц, вещество из короны Солнца или корональный выброс массы не всегда попадает на Землю. Но если это происходит, магнитное поле планеты оттягивает заряженные частицы к полюсам, концентрируя там все эффекты от помех до полярных сияний.

Источник изображения: NASA Solar Dynamics Observatory

Выброс коронарной массы с Солнца называют тёмной плазмой по той причине, что она менее нагрета и не такая яркая, как корона светила и поэтому плохо видна в телескопы. Также выбросы коронарной массы могут происходить без вспышек на Солнце, что затрудняет их фиксацию. В то же время это миллионы тонн вещества в виде облака и принципиально важно знать направляются они в сторону Земли или от неё.

При средней скорости движения КВМ на уровне 400 км/с до Земли плазма долетает за трое или четверо суток. Коронограф обсерватории солнечной динамики (SDO) NASA и спутник Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) NASA и ESA зафиксировали корональной выброс массы 11 марта и определили его направление на Землю. Облако плазмы накрыло планету 15 марта в 08:59 по московскому времени. Примерно с этого момента на полюсах планеты начались помехи в радиосвязи и полярные сияния.

Источник изображения: NOAA

Возникшая геомагнитная буря получила статус G2 — на единичку выше первичного прогноза (G1), сделанного 11 марта. Это умеренное по интенсивности событие, которое не вызвало значительных опасений.

Напомним, сейчас активность Солнца нарастает. Наша звезда находится в очередном 11-летнем цикле активности или 25 с начала наблюдения. Максимальная активность Солнца ожидается в конце 2024 года и в начале 2025. Есть признаки того, что по сравнению с 24 циклом в этот раз активность будет выше, что приведёт к росту вспышек на Солнце и большему числу геомагнитных бурь на Земле и в Солнечной системе в целом. Солнечный ветер и выбросы плазмы также окажут влияние на работу спутников и космических экспедиций, что заставляет направлять всё больше и больше усилий на прогнозирование космической погоды.