Солнечная вспышка

Солнечная вспышка — это взрывной процесс выделения энергии (кинетической, тепловой и электромагнитной) в атмосфере Солнца. Вспышки являются одним из наиболее мощных проявлений солнечной активности, затрагивающих все слои солнечной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону. Энергия, выделяемая при крупной вспышке, может достигать 10²⁵ Дж, что сопоставимо с энергией миллиардов мегатонн тротилового эквивалента.

Физическая природа и механизм

Основной причиной солнечных вспышек считается пересоединение магнитных силовых линий в солнечной короне. Магнитное поле Солнца постоянно изменяется, и в областях с высокой напряжённостью (активных областях, часто связанных с солнечными пятнами) линии поля могут запутываться и накапливать энергию. Когда происходит разрыв и последующее пересоединение этих линий, запасённая магнитная энергия мгновенно преобразуется в другие формы.

Процесс включает несколько стадий:

Накопление энергии. В активной области магнитное поле становится всё более скрученным и напряжённым. Энергия запасается в виде тока в плазме.
Триггер. Небольшое возмущение (например, движение плазмы или изменение конфигурации поля) инициирует неустойчивость.
Пересоединение. В нейтральном токовом слое происходит разрыв и пересоединение линий поля. Магнитная энергия переходит в кинетическую энергию частиц (электронов и протонов), которые ускоряются до околосветовых скоростей.
Выделение энергии. Ускоренные частицы движутся вдоль линий поля вниз, к хромосфере. Тормозясь в плотной плазме, они вызывают нагрев (до десятков миллионов кельвинов) и генерацию электромагнитного излучения во всём диапазоне — от радиоволн до гамма-лучей.

Классификация

Солнечные вспышки классифицируют по интенсивности рентгеновского излучения, регистрируемого на орбите Земли (обычно спутниками серии GOES). Шкала основана на пиковой мощности потока в диапазоне длин волн 0,1–0,8 нм:

Класс	Мощность (Вт/м²)	Характеристика
A	< 10⁻⁷	Очень слабые, почти не влияют на Землю
B	10⁻⁷ – 10⁻⁶	Слабые
C	10⁻⁶ – 10⁻⁵	Средние, могут вызывать слабые радиопомехи
M	10⁻⁵ – 10⁻⁴	Сильные, способны вызывать умеренные магнитные бури и нарушения радиосвязи
X	> 10⁻⁴	Экстремально сильные, приводят к серьёзным геомагнитным возмущениям, сбоям в работе спутников и энергосистем

Каждый класс имеет десятичную шкалу (например, M5.0 — в пять раз мощнее M1.0). Крупнейшие зарегистрированные вспышки относятся к классу X (например, X28 — 4 ноября 2003 года, X45 — 28 октября 2003 года, по некоторым оценкам).

История наблюдений

Первое документальное наблюдение солнечной вспышки приписывается английским астрономам Ричарду Кэррингтону и Ричарду Ходжсону, которые 1 сентября 1859 года независимо друг от друга увидели яркую вспышку вблизи группы солнечных пятен. Это событие, известное как «Событие Кэррингтона», сопровождалось сильнейшей геомагнитной бурей, вызвавшей отказы телеграфных систем по всему миру и полярные сияния, наблюдавшиеся даже в тропиках.

Систематические наблюдения начались с развитием спектроскопии и фотографии. В XX веке, с появлением радиотелескопов и космических аппаратов, стало возможным изучать вспышки в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, которые не доходят до поверхности Земли. Ключевую роль сыграли спутники: «Solar and Heliospheric Observatory» (SOHO, запущен в 1995 году), «Solar Dynamics Observatory» (SDO, 2010 год), «RHESSI» (2002–2018) и российская орбитальная обсерватория «ТЕСИС» на борту спутника «Коронас-Фотон» (2009 год).

Влияние на Землю

Солнечные вспышки оказывают прямое воздействие на околоземное космическое пространство и технику. Основные эффекты:

Радиационная опасность. Ускоренные протоны и ионы (солнечные космические лучи) представляют угрозу для космонавтов и электроники космических аппаратов. Во время сильных вспышек доза радиации на орбите может резко возрасти.
Нарушения радиосвязи. Рентгеновское и ультрафиолетовое излучение вспышки ионизирует верхние слои атмосферы Земли (D-слой ионосферы), что приводит к поглощению коротких радиоволн. Это явление называется «внезапное ионосферное возмущение» (SID) и может полностью блокировать радиосвязь на освещённой стороне Земли на десятки минут.
Геомагнитные бури. Сама вспышка не вызывает магнитную бурю, но часто сопровождается выбросом корональной массы (CME). Когда облако плазмы достигает магнитосферы Земли (через 1–3 суток), оно может вызвать сильные геомагнитные возмущения, которые приводят к сбоям в работе энергосистем, спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС) и полярным сияниям.
Полярные сияния. Усиление солнечного ветра и вторжение заряженных частиц в атмосферу вызывают яркие полярные сияния, которые при сильных бурях могут наблюдаться в средних широтах (в России — до 50° с. ш.).

Прогнозирование

Прогнозирование солнечных вспышек — сложная задача. Основные методы включают:

Мониторинг магнитного поля. Анализ конфигурации и сложности магнитных полей в активных областях. Чем больше градиент и скрученность поля, тем выше вероятность вспышки.
Наблюдение за солнечными пятнами. Крупные, сложные группы пятен (например, с магнитной конфигурацией класса δ) статистически чаще порождают сильные вспышки.
Моделирование. Численные модели, основанные на магнитогидродинамике, позволяют оценить запасённую энергию и вероятность её выделения.

В России прогнозированием солнечной активности занимаются, в частности, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) и Институт солнечно-земной физики СО РАН (ИСЗФ). Данные со спутников и наземных обсерваторий обрабатываются в режиме реального времени.

Интересные факты

Самая мощная зарегистрированная вспышка произошла 4 ноября 2003 года. Её пик был настолько силён, что датчики спутника GOES вышли из насыщения; по оценкам, класс составил X28–X45.
Вспышки могут длиться от нескольких минут до нескольких часов. Короткие, но интенсивные вспышки называются «импульсными», а длительные — «постепенными».
Солнечные вспышки влияют не только на Землю, но и на другие планеты. Например, во время вспышки 2003 года марсианский орбитальный аппарат Mars Odyssey зафиксировал резкое увеличение радиационного фона.
В 2024 году, в период максимума 25-го цикла солнечной активности, наблюдалось несколько вспышек класса X, в том числе X8.7 (14 мая 2024 года), которые вызвали сильные геомагнитные бури и полярные сияния вплоть до юга России.

Источники

Космическая погода: физика и прогноз. — М.: Физматлит, 2020.
Солнечная активность и её влияние на Землю / Под ред. В. Н. Обридко. — М.: Наука, 2018.
Данные спутников GOES (NOAA) и SDO (NASA).
Материалы Института солнечно-земной физики СО РАН (ИСЗФ).
Материалы Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →