Недавнее исследование, опубликованное в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A, указывает на то, что Солнце потенциально способно генерировать сверхвспышки — события чрезвычайно высокой энергии, превышающие самые крупные зарегистрированные солнечные вспышки на этой звезде.
Исследователи сделали этот вывод, изучив самое большое солнечное пятно, наблюдавшееся с момента знаменитого Каррингтонского события в 1859 году. Эта структура появилась в апреле 1947 года, обладая исключительными размерами: она покрывала около 0,6% поверхности Солнца и достигала примерно в 40 раз диаметра Земли.
Объяснение солнечных вспышек
В беседе с Olhar Digital физик Адриана Валио, штатный профессор Пребитериановского университета Маккензи и научный сотрудник Центра радиоастрономии и астрофизики Маккензи (CRAAM), пояснила, что солнечная вспышка (flare) представляет собой внезапное высвобождение огромной энергии, запасенной в магнитных полях Солнца. Она подробно рассказала, что эта энергия высвобождается преимущественно посредством процесса магнитной пересоединения, который происходит, когда линии магнитного поля реконфигурируются, преобразуя магнитную энергию в излучение, нагрев плазмы и ускорение частиц.
Эти вспышки происходят в основном в активных областях, связанных с солнечными пятнами, где магнитные поля сложны и интенсивны. Высвобожденная энергия может генерировать излучение практически во всем электромагнитном спектре, от радиоволн до рентгеновских лучей и гамма-лучей.
Хотя точная сила Каррингтонского события, самой документированной солнечной бури, неопределима из-за отсутствия современного оборудования того времени, оценки указывают на интенсивность, эквивалентную X45. Для сравнения, самая сильная вспышка, наблюдаемая в Цикле 25, текущем солнечном цикле, произошла 3 октября 2024 года и была уровня X9.
Определение и масштаб сверхвспышки
Сверхвспышка определяется как явление с энергией, значительно превосходящей обычные вспышки звезды. Адриана Валио подчеркнула, что в целом сверхвспышкой считается любое событие, общая испущенная энергия которого превышает около $10^{34}$ эрг. Это значение представляет собой энергию в десятки раз больше, чем самые мощные зарегистрированные солнечные вспышки на сегодняшний день.
Этот энергетический уровень эквивалентен десяти- или стократному усилению обычной мощной вспышки, превышая более чем в 200 раз энергию, связанную с ударом астероида Chicxulub, вызвавшего вымирание динозавров.
Возможность того, что Солнце может вызвать событие такого масштаба, уже была предметом научных дебатов. В 2024 году упрощенная модель предполагала, что звезде потребуется около восьми лет, чтобы накопить достаточную энергию для сверхвспышки в ограниченной области. Последующие исследования также показали, что звезды, подобные Солнцу, могут испытывать такие события примерно раз в столетие.
Новый анализ, проведенный командой Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы в Германии, рассчитал энергию, которая могла быть накоплена в большом солнечном пятне 1947 года. Результаты показали, что типичная вспышка в этой области высвободила бы около $2,32 imes 10^{33}$ эрг (что эквивалентно потреблению электроэнергии города Сан-Паулу более миллиарда лет). В более экстремальных сценариях накопленная энергия могла превысить $1,25 imes 10^{34}$ эрг, достигая теоретического предела сверхвспышки.
Однако Адриана Валио предупредила, что размер солнечного пятна не гарантирует колоссального события. Критически важно оценивать сложность и конфигурацию магнитных полей, а также количество запасенной магнитной энергии, чтобы определить, как и когда эта энергия будет высвобождена.
Эксперт отметила, что современный технологический прогресс позволил осуществлять непрерывный мониторинг звезды с помощью спутников и наземных телескопов, что позволяет идентифицировать активные области, накапливающие большие объемы энергии.
Тем не менее, точное прогнозирование остается большой научной проблемой. Современные инструменты позволяют выявлять потенциал для экстремальных событий и отслеживать их эволюцию, но пока невозможно точно предсказать, когда произойдет вспышка такого масштаба и какова будет ее энергия.
Работа Института Макса Планка не означает, что пятно 1947 года вызвало сверхвспышку; записи показывают, что в той области не было направлено на Землю крупного выброса. Исследование лишь демонстрирует, что Солнце обладает физическими условиями для создания событий экстремальной величины.
Потенциальные последствия для Земли
Если произойдет сверхвспышка такого масштаба и будет направлена на Землю, последствия будут глубокими, особенно если она сопровождается крупным выбросом корональной массы. Адриана Валио провела важное различие между электромагнитным излучением, испускаемым во время вспышки, и выбросом корональной массы, который включает выброс плазмы и магнитных полей в космос, предупредив, что эти явления не обязательно должны происходить одновременно.
Электромагнитное излучение достигнет Земли со скоростью света примерно через восемь минут. Это более энергетическое излучение, особенно в диапазонах рентгеновских лучей и экстремального ультрафиолета, вызовет значительные изменения в ионосфере Земли, немедленно повлияв на радиосвязь и системы спутниковой навигации, такие как GPS, а также подвергнув космические операции и астронавтов дополнительным радиационным рискам.
Последствия возможного выброса корональной массы потребуют больше времени для достижения, но могут быть еще более серьезными. Взаимодействие плазмы и магнитного поля с магнитосферой Земли спровоцирует геомагнитную бурю высокой интенсивности. В зависимости от характера бури, возникнут серьезные сбои в энергосетях, что может привести к отключениям электроэнергии, повреждению спутников на орбите, сбоям в глобальной связи и усилению полярных сияний.
Каррингтонское событие служит историческим примером: геомагнитная буря того времени привела к коллапсу телеграфных систем и вызвала полярные сияния в тропических широтах. Из-за современной зависимости от космических технологий и взаимосвязанных энергосетей человеческая уязвимость перед экстремальным событием намного выше, чем в XIX веке.
Несмотря на риски, эксперт предостерегает от паники, поскольку нельзя утверждать, что сверхвспышка неизбежно приведет к глобальной катастрофе. Серьезность последствий будет зависеть от выброса корональной массы, его скорости, точного направления и, прежде всего, ориентации переносимого магнитного поля.
Адриана Валио также пояснила, что огромное количество упомянутой энергии относится к общей энергии, которую явление может высвободить, а не к энергии, которая напрямую достигнет планеты, поскольку Земля перехватит лишь небольшую часть солнечного излучения.
Атмосфера и магнитное поле Земли действуют как эффективные естественные щиты от большей части солнечного излучения и частиц. Таким образом, первичными опасностями будут не прямое воздействие радиации на человека, а вторичные повреждения, нанесенные технологической инфраструктуре и основным услугам.
Это открытие помогает ученым определять солнечную активность и риски, которые она представляет для планеты, поднимая вопрос о частоте этих сверхвспышек и о том, достигали ли они Землю ранее без технологической регистрации.