Солнечная вспышка - это внезапный и очень мощный выброс энергии в атмосфере Солнца над группой солнечных пятен. За несколько минут участок короны раскаляется до десятков миллионов градусов и излучает во всем диапазоне, от радиоволн до рентгена. Вспышки делят на классы A, B, C, M и X по силе рентгеновского излучения, и каждый следующий класс в 10 раз мощнее предыдущего.
Откуда у Солнца берутся вспышки
Солнце - шар плазмы, который вращается неравномерно: экватор делает оборот примерно за 25 суток, а области у полюсов - примерно за 35. Из-за такого дифференциального вращения магнитные силовые линии внутри звезды растягиваются и закручиваются, как резиновые жгуты. Там, где пучки поля всплывают на поверхность, образуются солнечные пятна: сильное магнитное поле тормозит перенос тепла из глубины, поэтому пятно на 1500-2000 градусов холоднее окружающей поверхности и выглядит темным.
Над пятнами в короне висят магнитные петли. Когда их конфигурация становится слишком запутанной, противоположно направленные линии сближаются и внезапно перестраиваются. Этот процесс называют магнитным пересоединением. Запасенная магнитная энергия за минуты превращается в тепло, свет и движение частиц, разогнанных почти до скорости света. Самые сильные вспышки высвобождают энергию порядка 10²⁵ джоулей - это больше, чем все человечество потребляет за многие тысячи лет.
Классификация вспышек: от A до X
Силу вспышки определяют по максимальному потоку мягкого рентгеновского излучения в диапазоне 0,1-0,8 нанометра, который измеряют американские спутники GOES на геостационарной орбите. Шкала логарифмическая, как у землетрясений.
| Класс | Поток, Вт/м² | Во сколько раз сильнее A | Последствия на Земле |
|---|---|---|---|
| A | меньше 10⁻⁷ | 1 | Не заметны |
| B | от 10⁻⁷ | 10 | Не заметны |
| C | от 10⁻⁶ | 100 | Почти не заметны |
| M | от 10⁻⁵ | 1000 | Помехи КВ-радио |
| X | от 10⁻⁴ | 10 000 | Сильные радиопомехи |
Внутри класса используется число от 1 до 9,9: вспышка M5 в пять раз сильнее M1, а X2 вдвое сильнее X1. Для класса X верхней границы нет, поэтому бывают X10, X17 и выше. Самая сильная вспышка за все время спутниковых наблюдений произошла 4 ноября 2003 года. Датчики GOES зашкалили на уровне X17-X28, а по последующим оценкам ее класс составил около X40 и даже больше.
Вспышки классов A и B происходят в спокойные годы постоянно и на Земле никак не проявляются. Вспышки C случаются почти ежедневно при активном Солнце. Класс M появляется сотни раз за цикл, а X - в среднем от нескольких десятков до сотни с небольшим раз за 11 лет.
Чем вспышка отличается от коронального выброса массы
Эти явления часто путают. Вспышка - это излучение: свет и рентген, которые доходят до Земли за 8 минут 20 секунд вместе с обычным солнечным светом. Корональный выброс массы - это вещество, облако плазмы с вмороженным магнитным полем, которое летит со скоростью от нескольких сотен до 2-3 тысяч километров в секунду и добирается до Земли за 1-4 суток.
- Мощные вспышки класса X часто сопровождаются выбросами, но не всегда.
- Выбросы бывают и без заметных вспышек, например при обрыве протуберанца - плазменного волокна, висящего над поверхностью.
- Опасен для Земли в первую очередь выброс, направленный в сторону планеты. Вспышка на краю солнечного диска с выбросом, ушедшим вбок, почти ничем не грозит.
Именно выброс, достигнув Земли, вызывает геомагнитную бурю, а вспышка влияет на нас раньше и по-другому: через излучение и поток энергичных частиц.
Что происходит с радиосвязью во время вспышки
Рентгеновское и ультрафиолетовое излучение вспышки резко ионизирует нижний слой ионосферы на дневной стороне Земли. Этот слой начинает поглощать коротковолновые радиосигналы вместо того, чтобы отражать их, и дальняя КВ-связь пропадает. Эффект начинается сразу после прихода света, длится от нескольких минут до пары часов и затрагивает только освещенное полушарие.
NOAA оценивает такие нарушения по шкале радиозатмений R1-R5. Вспышка M1 соответствует R1 - слабым помехам, а X20 - уровню R5, полному отсутствию КВ-связи на дневной стороне на несколько часов. Это важно для авиации над океанами, морского флота, радиолюбителей и спасательных служб. Кроме того, вспышки создают мощные радиовсплески, которые могут мешать работе радаров и приемников спутниковой навигации.
Чем вспышки опасны для космонавтов
Самая серьезная угроза - солнечные протоны. Сильная вспышка и ударная волна от выброса разгоняют протоны до высоких энергий, и они приходят к Земле за десятки минут - несколько часов. Это называется солнечной радиационной бурей, у NOAA для нее есть шкала S1-S5.
На Земле нас защищают атмосфера и магнитное поле. Экипажу МКС помогает то, что станция летает на невысокой орбите внутри магнитосферы, а во время сильных событий космонавты переходят в наиболее защищенные отсеки станции, где больше оборудования и материалов между ними и космосом. Гораздо опаснее ситуация за пределами магнитосферы - на пути к Луне или Марсу.
Классический пример - события августа 1972 года, между миссиями «Аполлон-16» и «Аполлон-17». Тогда серия мощных вспышек вызвала сильнейший поток протонов. Если бы астронавты в этот момент находились на поверхности Луны в скафандрах, они могли бы получить опасную дозу облучения. С тех пор прогноз протонных событий стал обязательной частью планирования лунных и межпланетных полетов, а на новых кораблях проектируют защитные «убежища».
Вспышки угрожают и технике на орбите. Энергичные частицы вызывают одиночные сбои в микросхемах, деградацию солнечных батарей и ложные срабатывания звездных датчиков, по которым спутник ориентируется.
11-летний цикл активности Солнца
Число пятен, а значит и вспышек, меняется с периодом примерно 11 лет. В минимуме цикла пятен может не быть неделями, а в максимуме их одновременно десятки. Регулярные наблюдения ведутся с XVIII века, и циклы нумеруют начиная с 1755 года.
- В начале цикла пятна появляются на высоких солнечных широтах, около 30-40 градусов.
- По мере развития цикла зона пятен смещается к экватору, а число вспышек растет.
- Около максимума общая магнитная полярность Солнца меняется на противоположную.
- Затем активность спадает, и последние пятна старого цикла соседствуют с первыми высокоширотными пятнами нового.
Нынешний, 25-й цикл начался в декабре 2019 года и оказался заметно активнее первоначальных прогнозов. В 2024 году NASA и NOAA сообщили, что Солнце вошло в фазу максимума. Именно на этот период пришлись крупные вспышки класса X и экстремальная буря в мае 2024 года. Даже на спаде цикла сильные вспышки продолжают происходить, иногда самые мощные события приходятся как раз на эту фазу.
Как вспышки наблюдают и прогнозируют
За Солнцем постоянно следят космические обсерватории: SDO снимает его в ультрафиолете каждые несколько секунд, SOHO работает в точке Лагранжа L1 с 1996 года, а зонд Parker Solar Probe пролетает сквозь корону ближе, чем любой аппарат до него. Наземные телескопы фиксируют поле в пятнах.
Точно предсказать момент вспышки пока невозможно. Прогнозисты оценивают вероятность по сложности магнитной конфигурации группы пятен: если в одной группе тесно соседствуют участки противоположной полярности (так называемая дельта-конфигурация), шансы на вспышку класса M и X высоки. Прогноз звучит как вероятность, например «шанс вспышки класса X в ближайшие сутки 10%».
Что еще спрашивают о солнечных вспышках
Можно ли увидеть вспышку глазами
Нет, и смотреть на Солнце без специального фильтра нельзя: это повреждает сетчатку. Вспышки в белом свете очень редки, большинство видно только в ультрафиолете, рентгене и в линии водорода через специальные солнечные телескопы.
Может ли вспышка уничтожить Землю
Нет. Даже рекордные вспышки не способны навредить жизни на поверхности: атмосфера поглощает рентген и протоны. Опасность касается техники, связи, энергосетей и людей в космосе.
Чем вспышка класса X опаснее класса M
Вспышка X1 в 10 раз мощнее M1. Она вызывает более сильные и продолжительные радиопомехи и чаще сопровождается выбросом массы и потоком протонов.
Бывают ли вспышки на других звездах
Да, и на красных карликах они могут быть в тысячи раз мощнее солнечных. Это одна из причин, по которой ученые сомневаются в обитаемости планет у таких звезд.