Учёные приблизились к тому, чтобы понять причины невероятно высокой температуры атмосферы Солнца, достигающей миллиона градусов, что в 150 раз превышает температуру поверхности звезды. Благодаря уникальному сотрудничеству космических аппаратов Solar Orbiter и Parker Solar Probe, а также необычному манёвру последнего, учёные получили данные, способные пролить свет на эту загадку космических масштабов возрастом 65 лет.

Источник изображения: ESA / NASA

Солнечная корона — внешний, самый разреженный и горячий слой атмосферы Солнца, состоящий из плазмы, давно интригует учёных своей аномальной температурой, достигающей миллиона градусов по Цельсию. Это в 150 раз больше, чем температура поверхности самой звезды. Такое явление казалось нелогичным, ведь чем дальше от источника тепла, тем холоднее должно быть.

Для разгадки этой тайны учёные обратили внимание на процесс турбулентности, который, как предполагается, играет ключевую роль в нагреве короны Солнца. Этот процесс можно сравнить с перемешиванием кофе в чашке: в результате турбулентных движений энергия переходит от больших масштабов к меньшим, вплоть до взаимодействия с отдельными частицами, в основном протонами, нагревая их. Это взаимодействие усиливается благодаря магнитным полям, присутствующим в короне, которые могут служить дополнительным источником энергии для нагрева плазмы.

Для детального изучения этого явления были задействованы космические аппараты Solar Orbiter и Parker Solar Probe. Первый из них, работая в тандеме с Parker Solar Probe, осуществлял как дистанционное зондирование, так и непосредственные измерения вблизи Солнца, позволяя учёным получить более полную картину происходящих процессов.

Ключевым моментом исследования стал манёвр Solar Orbiter, который включал в себя поворот на 45 градусов и отклонение от первоначального курса. Это позволило аппарату сфокусироваться на определённой области и синхронизировать работу с Parker Solar Probe для совместного сбора данных. Даниэле Теллони (Daniele Telloni) из Итальянского национального института астрофизики (INAF) отметил, что такой манёвр представлял некоторый риск, но благодаря ему учёные смогли получить уникальные данные.

Сравнив новые измерения с теоретическими предсказаниями, сделанными физиками, изучающими Солнце в течение многих лет, Теллони сообщил, что физики почти наверняка были правы в определении турбулентности как способа передачи энергии.

Результаты исследования позволили сделать значительный шаг вперёд в понимании процессов, происходящих в солнечной короне. «Эта работа открывает совершенно новое измерение в данном исследовании», — подчёркивает Гари Занк (Gary Zank) из Университета Алабамы в Хантсвилле, США.

Теперь учёные имеют возможность не только подтвердить давнюю теорию о роли турбулентности в нагреве короны, но и детально изучить механизмы этого процесса. Это открытие, безусловно, станет вехой в истории астрофизики, открывая новые горизонты для будущих исследований. «Данная работа представляет собой значительный шаг вперёд в решении проблемы нагрева короны», — отметил Даниэль Мюллер (Daniel Müller), учёный проекта.

Индийская автоматическая космическая станция по изучению Солнца Aditya-L1 прислала первые снимки с орбиты, сделанные бортовой камерой, на которых запечатлены Земля, Луна, а также сама станция. Фотографии были сделаны 4 сентября, спустя 2 дня после запуска Aditya-L1 в космос с площадки Космического центра им. Сатиша Дхавана на борту ракеты-носителя PSLV-C57.

Источник изображений: ISRO

Космические аппараты обычно после запуска делают снимки Земли и Луны или самих себя в качестве первых объектов для калибровки бортовых камер. На селфи Aditya-L1 в объектив камеры попали два научных прибора на борту космической обсерватории — коронограф (Visible Emission Line Coronagraph, VELC) и солнечный ультрафиолетовый телескоп (Solar Ultra-violet Imaging Telescope, SUIT).

Всего в оснащение Aditya-L1 входит семь научных инструментов, с помощью которых космическая обсерватория будет изучать солнечную фотосферу, хромосферу, измерять колебания солнечного излучения и магнитное поле, исследовать идущий от звезды поток частиц, солнечную корону, динамику корональных выбросов массы и т.д.

В течение 125 дней Aditya-L1 будет выведена на гало-орбиту в район точки Лагранжа (точка L1) системы Солнце – Земля, находящейся на расстоянии примерно 1,5 млн км от нашей планеты, где она будет находиться неподвижно относительно Земли и Солнца. Отсутствие здесь солнечных затмений позволит постоянно наблюдать за Солнцем и фиксировать его излучение, а удалённость от магнитного поля Земли — избежать помех при измерениях.

Специалисты Индийской организации космических исследований (ISRO) повысили околоземную орбиту автоматической станции по изучению Солнца Aditya-1, которая была запущена в космос ранее в этом месяце. Выполнение следующего манёвра по изменению орбиты солнечной обсерватории запланировано на 10 сентября.

Источник изображений: ISRO

«Второй околоземный манёвр успешно осуществлён подразделением ISTRAC в Бангалоре [сеть станций ISRO по отслеживанию и управлению космическими аппаратами]», — сказано в сообщении аэрокосмического ведомства, которое было опубликовано в социальной сети X (бывшая Twitter). Первый манёвр по корректировке орбиты был выполнен 3 сентября.

Напомним, первая индийская автоматическая станция по изучению Солнца Aditya-1 была запущена в космос 2 сентября с площадки Космического центра им. Сатиша Дхавана. Примерно через час после пуска ракета доставила обсерваторию на низкую околоземную орбиту. Предполагается, что станция выполнит ряд манёвров, после чего направится к точке базирования.

Aditya-1 будет располагаться на гало-орбите в точке Лагранжа L1 системы Солнце-Земля, которая находится на расстоянии около 1,5 млн км от Земли. Аппарат сможет наблюдать за Солнцем непрерывно, без затмений и с минимальными тратами горючего. Станция оснащена различным оборудованием, предназначенным для наблюдения фотосферы, хромосферы и внешних слоёв Солнца.

Индийское национальное космическое агентство ISRO сообщило, что ракета-носитель PSLV-C57 успешно вывела в космос первую индийскую солнечную обсерваторию Aditya-L1. Ракета стартовала в 11:50 утра по местному времени (09:20 мск) с площадки Космического центра им. Сатиша Дхавана. Примерно через 63 мин после старта ракета вывела Aditya-L1 на низкую околоземную орбиту (НОО). После серии манёвров обсерватория направится к точке базирования.

Источник изображений: ISRO

Успешный запуск последовал за другим важным для Индии событием: 23 августа космический аппарат «Чандраян-3» стал первым, кто совершил мягкую посадку вблизи южного полюса Луны. Индийские космические программы набрали обороты вплоть до намерений самостоятельно осуществить в 2024 году первый пилотируемый полёт. И если миссия «Чандраян-3» завершится примерно через неделю после прихода ночи на Луне, то путь Aditya-L1 только начинается.

Обсерватория Aditya L1 станет первым индийским космическим аппаратом, предназначенным для изучения Солнца. Космический аппарат будет выведен на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа 1 (L1) системы Солнце-Земля, которая находится на расстоянии около 1,5 млн. км от Земли. Основным преимуществом аппарата, выведенного на гало-орбиту вокруг точки L1, является возможность непрерывного наблюдения Солнца без затмений и с минимальными тратами горючего. Это позволит наблюдать за солнечной активностью и её влиянием на космическую погоду в режиме реального времени.

На борту космического аппарата находятся семь полезных нагрузок, предназначенных для наблюдения фотосферы, хромосферы и самых внешних слоёв Солнца (короны) с помощью детекторов электромагнитных и магнитных полей и частиц. В районе точки базирования четыре полезные нагрузки будут непосредственно наблюдать Солнце, а остальные три обеспечат проведение исследований частиц и полей в точке Лагранжа L1, собирая тем самым важные научные данные о распространении (и воздействии) солнечной динамики в межпланетной среде.

В частности, научные приборы обсерватории позволят получить важнейшие сведения для понимания проблемы коронального нагрева, выброса корональной массы, предшествующей вспышкам и вспышечной активности и их характеристик, динамики космической погоды, распространения частиц и полей и т.д.

Подобные данные собирают американские и европейские космические обсерватории. Свою солнечную обсерваторию намерен запустить Китай. Индия сегодня тоже сделала шаг в область слежения за Солнцем и космической погодой. Приближается очередной пик в 11-летнем цикле солнечной активности, и земная наука готовится встретить этот момент во всеоружии.

Триумф индийской космонавтики после высадки на Луну лунохода продолжится в эту субботу, на которую запланирован запуск первой индийской космической обсерватории для наблюдения за Солнцем. Космический аппарат Aditya-L1 будет отправлен на гало-орбиту в точку Лагранжа L1, откуда беспрепятственно сможет наблюдать за нашей звездой и космической погодой.

Источник изображения: ISRO

Точка Лагранжа L1 расположена примерно в 1,5 млн км от Земли. В отличие от точки Лагранжа L2, которая частично заслонена Землёй от лучей Солнца и куда отправили инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб», в точку Лагранжа L1 традиционно отправляют солнечные обсерватории. Индия не стала первой страной, которая отправила туда свой аппарат, но для космонавтики этой страны это значимая веха.

На борту Aditya-L1 (в переводе с хинди Адитья означает «Солнце») находится семь полезных нагрузок (приборов), предназначенных для наблюдения за самыми внешними слоями Солнца — фотосферой и хромосферой, в том числе с помощью детекторов электромагнитных полей и частиц. Всё это поможет изучать факторы, влияющие на космическую погоду, и улучшит понимание динамики солнечного ветра. Это тем более важно, что Солнце приближается к пику активности в своём 11-летнем цикле и этот пик обещает оказаться аномально активным. Лишняя пара «глаз» при наблюдении за Солнцем в эти годы будет нелишней.

Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) сделала значительный шаг на пути к созданию «искусственного солнца», то есть к управляемой реакции ядерного синтеза. Установка HL-2A типа токамак впервые сгенерировала плазму с током силой более 1 млн ампер или 1 МА в режиме улучшенного удержания (H-режим).

Источник изображений: China National Nuclear Corporation

CNNC подтвердила успешную работу установки HL-2A в режиме улучшенного удержания, в котором можно добиться значительного роста температуры и плотности плазмы. Это является ключевым этапом в разработке управляемого ядерного синтеза, который, по мнению учёных, может предоставить миру безопасную, экологически чистую и практически неограниченную энергию. В отличие от ядерного расщепления, используемого в современных атомных станциях, синтез производит меньше радиоактивных отходов.

CNNC также отметила, что новый реактор успешно преодолел ключевые технические трудности, связанные с использованием более мощной системы нагрева и передового отводящего устройства. Устройство было разработано в Юго-Западном институте физики в Чэнду (SWIP).

Китайское «искусственное солнце» нового поколения демонстрирует поразительные результаты в области ядерного синтеза

Однако HL-2A не является первым устройством, способным генерировать и поддерживать экстремально горячую плазму. В апреле Экспериментальный передовой суперпроводящий токамак — установка тороидальной формы, предназначенная для магнитного удержания раскалённой плазмы с целью реализации термоядерного синтеза — установил новый рекорд, поддерживая плазму почти 7 минут.

Ученые по всему миру работают над созданием подобных «искусственных солнц», которые генерируют энергию, нагревая атомы водорода до температур выше 100 млн градусов Цельсия, чтобы те соединялись друг с другом. Основная проблема заключается в контроле этого процесса, чтобы реактор не расплавился.

Китай также активно участвует в проекте Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) во Франции в сотрудничестве с Евросоюзом, Индией, Японией, Южной Кореей, Россией и США. Страна стремится к самодостаточности в области энергетики, и ядерная энергия играет в этом ключевую роль.

По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), Китай утроил свою ядерную мощность за последнее десятилетие. С 2011 по 2022 год Китай подал больше патентов на технологию ядерного синтеза, чем любая другая страна.

Статус Венеры как яркой вечерней звезды в 2023 году исчерпал себя — приближается её нижнее соединение с Солнцем, на время которого она станет почти невидимой с Земли. Но прохождения планеты по солнечному диску осталось ждать ещё 94 года.

Источник изображения: WikiImages / pixabay.com

Завтра, 13 августа 2023 года, Венера окажется между Землёй и Солнцем — это так называемое нижнее соединение. Подобное явление с Земли можно наблюдать только для Венеры и Меркурия, которые ближе к звезде, чем наша планета. Нижнее соединение — это «новая фаза» Венеры, нечто вроде новолуния. Завтра она практически полностью потеряется в солнечном свете, и наблюдать планету станет затруднительно. Это явление происходит каждые 19 месяцев, потому что полный оборот вокруг солнца Венера делает за 225 дней, а Земля — за 365.

По мере приближения к нижнему соединению, Венера тускнела, уменьшаясь до тонкого полумесяца и оказывалась всё ближе к горизонту после заката — угол между ней и Солнцем уменьшался, и с Земли были видно всё меньше отражённого от неё солнечного света. Орбиты Венеры и Земли находятся в разных плоскостях — угол между ними составляет 3,4°. Во время нижнего соединения планета пройдёт не по солнечному диску, а на 7,7° южнее него. Последний проход наблюдался 5–6 июня 2012 года, а следующий будет лишь 11–12 декабря 2117 года.

Путешествие Венеры через солнечное сияние будет относительно коротким. Земля и Венера находятся в резонансе 8:13 — это значит, что за каждые 8 земных лет Венера делает 13 оборотов вокруг Солнца. Через неделю или две она достаточно удалится от солнечного диска, чтобы выходить на рассветное небо, то есть станет уже утренней звездой. В наибольшем удалении от Солнца на 46,4° к западу она окажется 23 октября; 4 июня 2024 года произойдёт верхнее соединение, при котором она уйдёт за солнечный диск; а сильнее всего отдалится от него на восток уже 10 января 2025 года.

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.

Солнце продолжает удивлять учёных. Недавно международная команда исследователей обнаружила самый мощный свет, когда-либо зарегистрированный от Солнца. Этот свет, известный как гамма-лучи (gamma rays), оказался удивительно ярким, гораздо ярче, чем ожидалось.

Источник изображений: HAWC Observatory

Учёные обнаружили самый мощный свет, исходящий от Солнца, в гамма-лучах с энергией до 10 тераэлектронвольт (TeV). Исследование, проведённое с помощью Высотной водной Черенковской обсерватории (HAWC) в Мексике, ставит новые вопросы о том, как гамма-лучи достигают таких высоких энергий и какую роль играют магнитные поля Солнца в этом явлении. «Солнце оказывается более удивительным, чем мы думали. Мы думали, что разобрались с этой звездой, но это не так», — сообщила Мехр Ун Ниса (Mehr Un Nisa), научная сотрудница Мичиганского государственного университета (MSU).

Обсерватория HAWC в Мексике сыграла ключевую роль в этом открытии. HAWC отличается от обычных телескопов, потому что вместо трубы со стеклянными линзами она использует сеть из 300 больших водяных баков, каждый из которых заполнен около 200 метрическими тоннами воды. Сеть расположена на высоте 4 100 метров над уровнем моря между двумя погасшими вулканами. Эта уникальная конструкция позволяет «видеть» последствия столкновения гамма-лучей с воздухом в атмосфере Земли, создавая так называемые воздушные души.

На изображении показана обсерватория HAWC, наблюдающая за частицами, траектории которых изображены голубыми линиями, порождёнными высокоэнергетическим гамма-излучением с Солнца.

Данные с HAWC учёные начали получать в 2015 году, и к 2021 году команда накопила достаточно информации для изучения солнечных гамма-лучей. Хотя высокоэнергетическое излучение не достигает поверхности Земли, эти гамма-лучи создают характерные сигнатуры, которые были обнаружены Нисой и её коллегами. Они выяснили, что энергия гамма-лучей достигает почти 10 тераэлектронвольт, что является максимумом.

Так выглядит избыток солнечного гамма-излучения с обсерватории HAWC. Тепловая карта показывает яркое жёлтое пятно в центре, окружённое более «холодными» оранжевыми и фиолетовыми пятнами.

В 1990-х годах учёные предсказали, что Солнце может производить гамма-лучи, но на тот момент не было инструментов для их обнаружения. Первое наблюдение гамма-лучей с энергией более миллиарда электронвольт было сделано космическим гамма-телескопом «Ферми» (Fermi Gamma-ray Space Telescope) в 2011 году.

Теперь учёные будут разбираться, как именно гамма-лучи достигают таких высоких энергий, и какую роль играют магнитные поля Солнца в этом явлении. Это открытие может стать отправной точкой для дальнейших исследований и возможно, пересмотра нашего понимания Солнца и его роли во Вселенной.

На юго-западе Китая стартовала опытная эксплуатация крупнейшего в мире солнечного радиотелескопа. За активностью нашего светила будет следить массив из 313 шестиметровых антенн, расположенных по кругу диаметром 3,14 км. Приближается пик очередного максимума солнечной активности, и китайские учёные готовятся встретить его во всеоружии.

Источник изображений: VCG

Для изучения активности Солнца Китай создаёт сеть наблюдения «Меридиан». Впрочем, новые инструменты будут также наблюдать другие объекты во Вселенной — от пульсаров до околоземных астероидов. Но главной целью для изучения будет оставаться Солнце. Удивительно, но только в 70-х годах прошлого века мы узнали о таком явлении, как коронарный выброс массы Солнца. Засечь с Земли выброс вещества Солнца обычными средствами наблюдения нельзя и, тем более, невозможно сразу определить, в каком направлении стартовала солнечная плазма.

Для околоземных объектов — спутников и космических экипажей — поток высокоэнергичных частиц солнечного ветра и коронарной массы может представлять опасность. К примеру, это уже не раз сбивало спутники Starlink с орбиты — они испытывали торможение в потоке солнечных частиц и сходили с орбиты. Наконец, от солнечной погоды зависит качество связи и управление и, в перспективе, от неё будут сильно зависеть длительные экспедиции, например, к Марсу.

Комплекс антенных решёток Daocheng Solar Radio Telescope (DSRT) в уезде Даочэн на плато в провинции Сычуань построен и сдан в эксплуатацию в конце прошлого года. До лета он проходил настройку приборов и формально введён в работу 14 июля. Массив 6-метровых антенн работает как одно большое радиозеркало диаметром 3,14 км. Все антенны согласованы по фазе, и алгоритм собирает сигналы с каждой из них в одно изображение высокого разрешения.

Учёные из Университета Торонто подсчитали, что продолжительность земных суток к настоящему моменту могла бы увеличиться до 60 часов, если бы не приливные силы Луны и Солнца.

Источник изображения: Guillaume Preat / pixabay.com

Может показаться, что земные сутки, то есть период полного оборота планеты вокруг собственной оси — показатель стабильный. Но всего столетие назад они были на 1,8 мс длиннее, чем сейчас: Луна постепенно удаляется от Земли, из-за чего скорость вращения планеты замедляется. За всю историю Земли сутки имели разную продолжительность. Вскоре после формирования Луны около 4,5 млрд лет назад они длились всего 10 часов. А ближе к концу эпохи динозавров, примерно 70 млн лет назад, сутки увеличились до почти привычных нам 23,5 часа.

Учёные Университета Торонто считают, что такая скорость изменений не вполне соответствует действительности. Если бы сутки продолжили удлиняться с прежней скоростью, то сегодня они бы составляли около 60 часов — это была бы совсем другая Земля с иными биоритмами у животных и иной культурой у человека. По мнению исследователей, реализации этого сценария помешал набор факторов, определяемых Землёй, Луной и Солнцем.

Луна «несёт ответственность» за океанские приливы: её гравитация «вытягивает» массу воды в «выпуклости». Вращение Земли замедляется лунной гравитацией, а также её последствиями — трением, которое возникает между водой во время приливов и морским дном. Но на вращение Земли воздействует не только Луна. Аналогичные «выпуклости», только уже в земной атмосфере, создаёт и Солнце, но оно не замедляет, а ускоряет вращение планеты.

Сегодня воздействие Луны примерно в 10 раз сильнее солнечного — спутник побеждает в «перетягивании каната», и вращение Земли всё-таки замедляется. Но, по версии исследователей, примерно 2,2 млрд лет назад эти два фактора пребывали в равновесии. В то время температура воздуха была выше, и облёт солнечного прилива вокруг Земли занимал 10 часов. К тому времени планета делала полный оборот вокруг собственной оси за 20 часов — два прилива оказались в резонансе 1:2, что усиливало солнечный фактор. В итоге Солнце и Луна уравновесили друг друга, и продолжительность суток расти перестала, задержавшись на отметке в 19,5 часа на 1,6 млрд лет. Без этой затянувшейся паузы у нас бы теперь были 60-часовые сутки и совсем другой образ жизни.

По мере того, как Солнце приближается к пику своего текущего солнечного цикла, наша звезда становится всё более активной. И, по мнению учёных, пик такой активности может наступить раньше, чем предполагалось.

Источник изображения: NASA / SDO

Приблизительно каждые 11 лет Солнце переживает периоды низкой и высокой солнечной активности, что связано с количеством солнечных пятен на его поверхности. Эти тёмные области, некоторые из которых могут достигать размеров Земли или даже больше, приводятся в движение сильным и постоянно меняющимся магнитным полем Солнца.

В течение солнечного цикла Солнце переходит от спокойного к интенсивному и активному периоду. Во время пика активности, называемого солнечным максимумом, магнитные полюса Солнца меняются местами. Затем, во время солнечного минимума, на Солнце снова наступает спокойствие. Первоначально прогнозировалось, что пик активности начнётся в июле 2025 года. Теперь эксперты считают, что циклический пик, скорее всего, придётся на середину или конец 2024 года.

Текущий солнечный цикл, известный как 25-й солнечный цикл, был очень активным, более активным, чем ожидалось. Учёные из Центра прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA / NWS) в Боулдере, штат Колорадо, уже отследили больше солнечных пятен, чем было насчитано на пике предыдущего цикла.

«Нет двух одинаковых солнечных циклов», — сказал Марк Миш (Mark Miesch), научный сотрудник Центра прогнозирования космической погоды (SWPC). «Этот солнечный максимум — эквивалент сезона ураганов в космической погоде. Именно в это время мы наблюдаем самые сильные штормы. Но в отличие от сезона ураганов, который длится несколько месяцев, солнечный максимум длится несколько лет».

Повышенная активность также включает в себя сильные солнечные вспышки, выбросы корональной массы и магнитные поля, которые вырываются из внешней атмосферы Солнца. Солнечные бури, порождаемые Солнцем, могут влиять на работу электросетей, GPS и авиации, а также спутников на низкой околоземной орбите. Эти явления также вызывают отключения радиосвязи и даже представляют опасность для пилотируемых космических полётов.

2 октября 2022 г. на Солнце произошла вспышка Х1, запечатлённая Обсерваторией солнечной динамики NASA (SDO). События X-класса — это самые интенсивные вспышки, и они могут повлиять на системы связи на Земле. Источник изображения: NASA / SDO

Известный пример: 29 января 2022 г. на Солнце произошла серия выбросов корональной массы, и это привело к нагреву и расширению внешней атмосферы Земли. В результате этого расширения сгорели 38 из 49 спутников Starlink, запущенных компанией SpaceX.

Но в увеличении активности нет ничего необычного, и оно будет продолжаться по мере приближения солнечного максимума. Солнечные пятна будут формироваться всё чаще, что приведёт к росту активности. «Это абсолютно нормально», — сказал Алекс Янг (Alex Young), помощник директора по науке научного отдела NASA по гелиофизике в Центре космических полётов имени Годдарда (GSFC) в Гринбелте, штат Мэриленд. «То, что мы наблюдаем, в целом вполне ожидаемо. По мере приближения к солнечному максимуму Вы видите, что все больше солнечных пятен появляются в виде сгустков. Иногда эти скопления будут больше и дольше».

На этом изображении показан выброс корональной массы. Магнитное солнечное явление может послать в космос миллиарды тонн плазмы, которая может достичь Земли в период от одного до трёх дней, воздействуя на электронные системы как на спутниках, так и на Земле. Источник изображения: NASA

«По мере того, как мы становимся все более зависимыми от технологий, от электросетей, от спутников, от самолётов и GPS, влияние космической погоды возрастает, поскольку именно эти системы подвержены влиянию солнечных бурь. Хотя этот конкретный цикл не является чем-то выдающимся с точки зрения Солнца, с нашей точки зрения он является таковым», — сказал Миш.

Новые прогнозы солнечного максимума были сделаны под руководством Скотта Макинтоша (Scott McIntosh), заместителя директора Национального центра атмосферных исследований (NCAR), и Роберта Леамона (Robert Leamon), младшего научного сотрудника Института планетарной гелиофизики Годдарда (GPHI), а также их соавторов. Институт представляет собой партнёрство Университета Мэриленда (UMB), округ Балтимор, Университета Мэриленда (UMD), Колледж Парк и Американского университета (AU) с NASA.

Вместо того, чтобы отслеживать солнечные пятна, исследователи сосредоточили внимание на так называемом «терминаторе» — точке, когда активность одного солнечного цикла исчезает с поверхности Солнца, после чего следует резкое увеличение солнечной активности в новом цикле. Солнечные пятна считаются ключевым моментом в прогнозировании солнечных циклов, но Леамон сказал, что он и его коллеги считают, что отслеживание магнитной активности, которая приводит к появлению солнечных пятен, может дать более точные прогнозы. После достижения солнечного максимума активность может сохраняться в течение многих лет.

По словам Леамона, после максимума количество вспышек на Солнце достигает пика. Увеличение происходит на фазе подъёма чётных солнечных циклов и на фазе спада нечётных циклов. «Пик последствий для Земли наступает после максимума, поэтому наибольшие последствия на ближайшие пару лет гарантированы. Именно после максимума ожидается самый большой фейерверк. Даже если солнечных пятен станет меньше, они будут более продуктивными», — сказал он.

Учёные использовали компьютерные модели и данные Обсерватории солнечной динамики NASA (SDO), чтобы создать вид сложного магнитного поля Солнца 10 августа 2018 года. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

«Хотя переход от солнечного минимума к солнечному максимуму обычно занимает около четырёх лет, простого пика для максимума не существует, поскольку Солнце очень изменчиво», — говорит Миш. По словам Янга, иногда во время некоторых солнечных циклов возникают два пика, когда северное и южное полушария Солнца рассинхронизируются. Это может произойти, когда количество солнечных пятен в одном полушарии достигает максимума в другое время, чем в другом полушарии, что приводит к удлинению максимума. «Солнечный максимум может длиться около двух лет, прежде чем всё пойдёт на спад, что означает, что вероятность солнечных бурь может оставаться высокой дольше, чем фактический пик», — считает Миш.

Более позитивным побочным эффектом повышенной солнечной активности являются авроры, «танцующие» вокруг полюсов Земли, известные как северное сияние (aurora borealis) и южное сияние (aurora australis). Когда заряженные частицы из выбросов корональной массы достигают магнитного поля Земли, они взаимодействуют с газами в земной атмосфере, создавая в небе разноцветное свечение.

Гигантское солнечное пятно размером почти 128748 км в поперечнике появилось на Солнце 23 октября 2014 года. Источник изображения: NASA / SDO

Геомагнитные бури, вызванные Солнцем в феврале и апреле, привели к тому, что авроры стали видны там, где их редко можно увидеть, в том числе на юге, в Нью-Мексико, Миссури, Северной Каролине и Калифорнии в США, а также на юго-востоке Англии и в других частях Великобритании. По словам Янга, в зависимости от местности, авроры не всегда видны над головой, но они могут вызывать красочное зрелище на горизонте. По словам Янга, тем, кто хочет увидеть более интенсивные авроры в будущем, возможно, стоит отправиться на Аляску, в Канаду, Исландию, Норвегию, Скандинавию или на верхний полуостров штата Мичиган. «Я видел авроры — это одно из самых удивительных явлений, которые я когда-либо наблюдал», — сказал он.

Хотя наиболее вероятным временем возникновения солнечных бурь является период максимума, они могут произойти в любой момент цикла, сказал Миш. Специалисты Центра прогнозирования космической погоды (SWPC) используют данные наземных и космических обсерваторий, магнитные карты солнечной поверхности и ультрафиолетовые наблюдения за внешней атмосферой Солнца, чтобы определить, когда на Солнце наиболее вероятны солнечные вспышки, выбросы корональной массы и другая космическая погода, которая может повлиять на Землю.

По словам Билла Муртаха (Bill Murtagh), координатора программ центра, прогнозы, наблюдения, предупреждения и оповещения предоставляются тем, кого затрагивает космическая погода, как можно скорее, от нескольких часов до нескольких недель. Солнечные вспышки могут повлиять на связь и GPS практически сразу, поскольку они нарушают ионосферу Земли, или часть верхней атмосферы. Высокоэнергетические частицы, высвобождаемые Солнцем, могут также вывести из строя электронику на космических аппаратах и воздействовать на астронавтов, не имеющих надлежащей защиты, в течение от 20 минут до нескольких часов.

Частицы, посылаемые с большой скоростью от Солнца во время выбросов корональной массы, могут достичь Земли за 30-72 часа, вызывая геомагнитные бури, которые влияют на спутники и создают электрические токи в верхних слоях атмосферы, которые проходят через Землю, оказывая влияние на электросети.

Согласно исследованиям Геологической службы США (USGS), регионы к востоку от Аппалачских гор, на верхнем Среднем Западе и на Тихоокеанском Северо-Западе более подвержены нарушениям в работе электросетей, поскольку земля в этих районах проводит ток по-разному в зависимости от её состава. Бури также влияют на схемы полётов коммерческих авиакомпаний, которым предписано держаться подальше от полюсов Земли во время геомагнитных бурь из-за потери связи или сбоев навигации.

Солнечная вспышка среднего размера и выброс корональной массы вырвались из крупной активной области 14 июля 2017 г. Витки — это частицы, вращающиеся по спирали вдоль линий магнитного поля, которые образовались после взрыва. Изображения были получены в диапазоне длин волн экстремального ультрафиолетового света. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

Предсказать, когда следующая большая солнечная буря повлияет на Землю, довольно сложно. Экстремальные бури случались и раньше, например, одна из них вывела из строя электросеть в Квебеке в 1989 году. «Событие Кэррингтона» 1859 года остаётся самой интенсивной геомагнитной бурей из когда-либо зарегистрированных, в результате которой телеграфные станции искрились и загорались, а небо светилось арктическим сиянием даже в тропических широтах. Если подобное событие произойдёт сегодня, оно может причинить ущерб на триллионы долларов и вывести из строя некоторые электросети на долгое время. «Мы не знаем, когда произойдёт следующая крупная катастрофа. Она может произойти через пару недель или через 50 лет», — сказал Муртаг.

Солнце и его тайны очаровывали человечество на протяжении тысячелетий. Солнце является якорем нашей Солнечной системы и обеспечивает тепло и свет, необходимые жизни для выживания, однако остаётся много вопросов о его внутренних процессах, которые определяют его магнитную активность. Разгадка оставшихся секретов Солнца с помощью таких миссий, как Parker Solar Probe NASA и Solar Orbiter Европейского космического агентства (ESA), может улучшить прогнозы. А у учёных будет шанс изучить Солнце во время полного солнечного затмения 8 апреля 2024 года.

Европейский зонд Solar Orbiter (SolO) впервые позволил получить изображение коронарного дождя на Солнце. Это явление было предсказано учёными, но до сих пор не наблюдалось. Из недр звезды вырывались сгустки плазмы, которые поднимались в атмосферу Солнца, остывали там и опадали огненным дождём — такого мы ещё не видели.

Источник изображений: Patrick Antolin; ESA/Solar Orbiter EUI/HRI

В целом коронарные дожди похожи на земные. В обоих случаях происходят похожие процессы. Восходящие потоки поднимают вещество вверх, где оно остывает и опадает обратно. Кроме того, коронарный дождь отчасти повторяет физику звёздных дождей — метеоров. Последние раскаляются в атмосфере Земли и взрываются под воздействием давления или температуры. Переданные зондом SolO данные также показали, что под «каплями» падающей обратно на Солнце сгустков плазмы атмосфера звезды локально нагревается сильнее и возникают области повышенного давления.

Учитывая размеры отдельных «капель» коронарного дождя, которые в поперечнике достигали 250 км, а скорость их падения приближалась к 150 км/с, неудивительно, что они вносили заметный вклад в нагрев атмосферы Солнца. Это, кстати, одна из нерешённых до конца загадок, почему атмосфера Солнца примерно на миллион градусов по Цельсию горячее его поверхности. Данные зонда SolO позволяют с уверенностью сказать, что коронарный дождь вносит в этот процесс свой вклад.

Проанализированные учёными данные получены в марте 2022 года, когда зонд Solar Orbiter прошёл на удалении 48 млн км от поверхности Солнца. Поскольку миссия SolO продолжается и зонд сближается со звездой каждые полгода, данных будет всё больше, что поможет уточнить физику нашей звезды. Ниже видео показывает симуляцию коронарного дождя художниками NASA.

Важным отличием коронарного дождя от обычного земного дождя можно считать движение сгустков плазмы по «коридорам» силовых линий магнитного поля Солнца, которые выходят из его поверхности и уходят в неё. Также магнитные линии не дают образоваться хвостам из плазмы, как это происходит во время падения на Землю дождей из метеоров. В коронарном дожде на Солнце плазма вылетает едва ли неаккуратными сгустками и точно так же падает обратно. Интересно, увидим ли мы когда-нибудь фотографию фонтана брызг при падении такого шарика обратно на Солнце?

Добавим, об исследовании учёные сообщили на ежегодном Национальном астрономическом собрании Королевского астрономического общества Великобритании. Препринт работы доступен на сайте arXiv и готовится для публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.

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.

22 июня зонд NASA Parker Solar Probe в 16-й раз сблизился с Солнцем на предельно близкое расстояние — менее 9,6 млн км. На такой высоте температура солнечной короны достигает миллиона градусов Цельсия. Тепловой экран зонда толщиной 11,4 см позволяет научным приборам аппарата работать при комфортной температуре порядка 30 °C и собирать уникальные данные, которые иначе никак не получить.

Источник изображения: NASA

Удивительно, но мы до сих пор не знаем тонкости происходящих внутри Солнца физических процессов. Например, даже самые лучшие телескопы на Земле или на орбите не позволяют собрать полные данные о процессах в короне Солнца. Зонд Parker черпает информацию непосредственно из источника, если так можно сказать, фиксируя места зарождения, направления движения и уровни энергий покидающих Солнце заряжённых частиц. В один из минувших пролётов вблизи Солнца зонд смог увидеть, как и где зарождается солнечный ветер, раскрыв для науки загадку этого явления.

Научная программа зонда рассчитана на 24 сближения с Солнцем. Запущенный в 2018 году аппарат должен собрать множество данных, которые позволят учёным лучше прогнозировать космическую погоду, что повысит надёжность работы спутниковых группировок, земной связи и пилотируемых полётов. Нам ещё лететь на Марс, и успех миссии также будет зависеть от добытых знаний о космических штормах и штилях.

Помимо 24 запланированных погружений в солнечную атмосферу зонд Parker Solar Probe должен был совершить 7 близких пролётов вблизи Венеры. Пять таких пролётов он уже проделал и осталось два. Пролёт рядом с Венерой помогает аппарату совершить гравитационный манёвр, включая некоторое торможение. Попутно аппарат собирает данные по Венере, которые никогда не будут лишними. 21 августа этого года Parker в шестой раз сблизится с Утренней звездой, а 17-е по счёту сближение с Солнцем состоится 27 сентября.