На этой фотографии НАСА запечатлено извержение Солнца в действии.
В песне, написанной Хай Зарет и Лу Сингером, позже популяризированной группой They Might Be Giants, утверждается, что «Солнце - это масса раскаленного газа, гигантская ядерная печь». При ближайшем рассмотрении оказывается, что эта первоначальная классификация солнца слишком узка. Оказывается, солнце - сложное тело, которое мы до сих пор не понимаем полностью.
Но вот что мы знаем точно: Солнце - это массивный объект, состоящий из очень горячих ионизированных газов. Мы называем этот вид газовой плазмой, и это наиболее распространенное состояние вещества во Вселенной. Атомы, из которых состоят газы на Солнце, настолько горячие, что не могут удерживать свои электроны. Газы текут через солнце токами, унося с собой электроны.
Если вы знакомы с электромагнитами, вы знаете, что электрический ток может создавать магнитное поле. Это случай с солнцем. Солнце окружено огромным магнитным полем. Вращение солнца поддерживает это магнитное поле.
Ситуация усложняется тем, что горячие объекты имеют тенденцию расширяться. Солнце - очень горячий объект. Но Солнце также большое и плотное, а это значит, что у него сильное гравитационное притяжение. Сила тяжести Солнца уравновешивает его тенденцию к расширению.
Комбинация этих сил может привести к резким, а иногда и резким изменениям поверхности Солнца. Токи газа вызывают скручивание силовых линий магнитного поля. Это может помешать более горячим газам из ядра Солнца подняться на поверхность, создавая солнечные пятна. Пятна кажутся более темными, чем остальная часть солнечной поверхности. Кроме того, они холоднее, чем окружающие их более яркие участки.
Горячий газ, находящийся под пятнами, оказывает давление на силовые линии магнитного поля, что не позволяет газу достигать поверхности. Это наматывает силовые линии магнитного поля в более плотные катушки. Иногда даже больше линий поля запутываются. Время от времени силовые линии магнитного поля будут разворачиваться без особых столкновений, и пятно исчезнет по мере того, как горячие газы поднимаются на поверхность. Но иногда давление продолжает расти, пока силовые линии магнитного поля внезапно не лопнут, вызывая солнечную вспышку.
Солнечные вспышки и корональные выбросы массы
Скайлэб сделал этот снимок солнечной вспышки, исходящей от Солнца в 1973 году.
Солнечная вспышка - это не просто взрыв горячих газов. Он выталкивает световые волны по всему спектру. Это включает свет, который мы не видим, включая излучение в форме рентгеновских лучей и гамма-лучей. Эти лучи могут быть опасны для человека. К счастью, в земной атмосфере поглощает большую часть этих высокоэнергетических лучей.
Это не значит, что после солнечной вспышки все в безопасности. Люди в космосе или на больших высотах - например, на борту самолета - могут подвергнуться воздействию интенсивной радиации. Кратковременное повреждение может включать раздражение кожи. Долгосрочные последствия могут включать повышенный риск развития рака кожи . Но вполне вероятно, что любой пострадавший человек в конечном итоге выздоровеет от воздействия.
Электроника также уязвима для этих лучей. Если бы высокоэнергетические лучи попали в спутник, они могли бы отделить электроны от металлических компонентов, ионизируя их. Когда электроны вырываются на свободу, они могут вывести из строя электронику спутника. Они также могли создать магнитное поле, которое повредило бы системы спутника. Некоторые спутники имеют экраны для защиты от этих лучей, но многие по-прежнему уязвимы.
Поскольку наша атмосфера поглощает большую часть этих опасных лучей, наземные системы достаточно защищены от солнечных вспышек. Но другое солнечное событие, называемое выбросом корональной массы (CME), может вызвать серьезные проблемы для электрических систем здесь, на Земле. Во время CME колебания магнитных полей Солнца заставляют большую часть поверхности Солнца быстро расширяться, выбрасывая миллиарды тонн частиц в космос. Иногда CME сопровождают солнечные вспышки, но не все солнечные вспышки вызывают CME, и не все CME сопровождают солнечные вспышки.
В отличие от солнечной вспышки, CME не дает интенсивного света. Но он производит магнитную ударную волну, которая распространяется на миллиарды миль в космос. Если Земля окажется на пути этой ударной волны, магнитное поле нашей планеты отреагирует на это событие. Это похоже на то, что происходит, если вы кладете слабый магнит рядом с сильным. Поле слабого магнита выровняется с полем сильного магнита. Магнитная ударная волна от Солнца может привести к непредсказуемому смещению магнитного поля Земли.
Красивое освещение - не единственное следствие CME. Магнитные колебания могут привести к отказу компаса. А поскольку магнитные поля могут индуцировать электричество, любой проводник может стать индуктором. Мощный CME может индуцировать электричество в больших мощных проводниках. Это может привести к перегрузке электрических систем и серьезным повреждениям.
Далее мы посмотрим, насколько плохо мы можем оказаться после масштабного события CME.
Световое шоу
Северное и южное сияние - наблюдаемые примеры того, как CME может повлиять на Землю. Разноцветные огни возникают в результате движения субатомных частиц с невероятной скоростью, которые вызывают ионизацию таких газов, как кислород и азот. Когда атомы в газах рекомбинируют с электронами, они излучают свет. В основном это происходит там, где силовые линии магнитного поля Земли сходятся на магнитных полюсах планеты.
Жарочная электроника с солнцем
Мощная солнечная буря может вызвать обрыв линий электропередач через весь континент.
Хотя одной солнечной вспышки может быть недостаточно, чтобы вызвать проблемы на поверхности Земли, мощный CME - это совсем другое дело. Фактически, массивные CME влияли на Землю в прошлом. Но мы не были настолько продвинуты в электронике, и при этом мы не зависели от них так сильно, когда в последний раз CME действительно поразил нас.
В 1859 году огромный CME вызвал массивные магнитные флуктуации в магнитосфере Земли - магнитном поле, окружающем планету. Люди, живущие так далеко на юг, как Куба, стали свидетелями явления северного сияния. Компасы и телеграфные системы вышли из строя. Ученые и ученые обсуждали причину всех потрясений. Теперь мы знаем, что это произошло из-за CME. КВМ был настолько массивным, что вызвал то, что мы называем солнечной супер-бурей.
Сегодня мы в гораздо большей степени зависим от электроники и электричества, чем в 1859 году. Если бы подобная солнечная супер-буря поразила нас сейчас, у нас были бы проблемы. Магнитные силы индуцируют электричество в любом большом проводнике. Сюда входят силовые трансформаторы и сама электросеть.
Это не конец плохих новостей. Электросеть в Северной Америке работает почти на полную мощность. Он не сможет выдержать возросшую электрическую нагрузку из-за солнечной супер-бури. В результате линии электропередач могли просесть и даже сломаться. Массовые отключения электроэнергии могут затронуть большую часть континента. Магнитные колебания будут мешать радио сигналов, а также связь и спутниковые системы разрушатся, а также.
На устранение повреждений могут потребоваться недели или месяцы. В то время у людей не будет возможности узнать, что происходит. Экстренные службы столкнутся с серьезными проблемами. Хотя магнитные поля, вероятно, не приведут к короткому замыканию отдельных электронных устройств, таких как сотовые телефоны или компьютеры, системы связи могут выйти из строя на региональном уровне. Другими словами, небольшие устройства все равно будут работать, но им не хватит услуг, которые им необходимы для того, чтобы быть полезными.
Вполне возможно, что CME может даже повлиять на ваш компьютер и вызвать сбои. В большинстве случаев простая перезагрузка решает проблему. Но с отключением электросети вы будете ограничены зарядом аккумулятора. Как только это закончится, вы застрянете.
Невозможно предотвратить солнечную супер-бурю, но есть шаги, которые мы можем предпринять, чтобы ограничить влияние CME. Один - это капитальный ремонт энергосистемы. Нам нужна интеллектуальная сеть, которая работает не так близко к мощности, как наша текущая сеть. Нам также необходимо разработать экранирование, чтобы максимально защитить нашу электрическую инфраструктуру от магнитных колебаний.
Даже в этих наихудших сценариях супер-бури не уничтожат все электрические системы на планете. Некоторые регионы остались бы относительно незатронутыми. Потребуется солнечное событие беспрецедентной силы, чтобы уничтожить электрические системы по всей планете. Но даже скромный КВМ может продемонстрировать, насколько мы уязвимы перед истериками магнитного поля Солнца.
