Вспышка на солнце: описание явления и причины возникновения. Физика солнечных вспышек

Совсем недавно во всем СМИ появились новости о том, что на солнце зафиксировано несколько вспышек, и они будут продолжаться аж до воскресенья. Конечно, это явление в последнее время довольно распространено, но это не значит, что о нем много знают. Поэтому, мы решили рассказать вам, почему происходят вспышки на солнце и для кого они опасны.

Почему происходят вспышки на солнце

Такое явления происходит, потому что на солнце есть свое магнитное поле. И вспышки возникают в тех областях, где в условиях ограниченного пространства сталкиваются магнитные поля противоположной полярности. Несмотря на то, что мы уже понимаем, что такое вспышки на солнце, ученые все еще не могут предугадать, когда они будут. Поэтому, они обычно застают нас врасплох.

Чем опасны вспышки на солнце

В первую очередь стоит сказать о том, что солнечные вспышки опаснее всего для тех, кто находится в космосе. Так что в этот период все космонавты получают очень большую дозу облучения.
Но, несмотря на то, что Земля защищена озоновым шаром, солнечные вспышки и здесь очень опасны. Особенно для людей, у которых есть проблемы с сердечнососудистой системой. В такие дни вероятность инфарктов и инсультов довольно сильно возрастает. Помимо этого, магнитные бури так же могут вызывать головную боль, бессонницу, перепады давления, переменчивое настроение и общий упадок сил.

Стоит отметить, что из-за солнечных вспышек на Земле начинаются магнитные бури, которые и влияют так на людей. Но не только, также, возможно перебои в работе радиотехнических систем: связь, навигация.

Так же, стоит добавить, что множество ученых уверены в том, что геомагнитные бури могут очень сильно повлиять на человека. А вот лекарства от этого нет. Некоторые таблетки могут только ухудшать состояние человека в этот период.

Напомним, что за последние несколько дней на солнце произошло два вспышки, и ученые говорят, что они продолжатся еще на несколько дней.

Более ста лет назад деятели науки определили, что активность нашего светила напрямую влияет на многие процессы, происходящие на планете, в том числе и на здоровье человека. Одно из самых значимых явлений – вспышки, регулярно происходящие на поверхности Солнца.

Почему случаются вспышки на солнце

Как и остальные звезды, наше светило являет собой громадный шар, состоящий из раскаленного газа. Эта субстанция обращается вокруг невидимой оси, но несколько по другим законам, в отличие от твердых тел. Различные области звезды имеют разную скорость вращения. На полюсах это движение происходит с меньшей скоростью, а на экваторе вращение осуществляется быстрее. В процессе вращение магнитное поле звезды закручивается особым образом и поднимается над ее поверхностью, увлекая за собой раскаленную плазму. В таких местах активность увеличивается и образуются вспышки.

Другими словами, вращательная энергия светила преобразуется в магнитное состояние. Вспышки – это места высвобождения особенно большого скопления такой энергии. Проще представить этот процесс, если вспомнить, как светится обычная лампа накаливания. При слишком большом значении напряжения в сети лампа перегорит.

В процессе вспышки происходит высвобождение колоссального объема энергии. Любая такая вспышка эквивалентна взрыву миллиарда килотонн тротила. Этот объем энергии превышает энергию из всех известных на данное время запасов топлива на нашей планете одновременно.

Вспышка заставляет образовываться облакам плазмы, которые направляются в сторону нашей планеты под воздействием солнечного ветра. Этот процесс вызывает геомагнитные возмущения, называемые бурями. Они оказывают сильное воздействие на все, находящееся на планете.

Чем грозят вспышки на Солнце

Под воздействием устремляющейся от поверхности светила к Земле массы частиц Солнца происходит деформация электромагнитного поля Земли, что вызывает магнитную бурю. При этом от размера вспышки напрямую зависит объем энергии, посылаемой в направлении Земли и воздействие, оказываемое ею.

Учеными определено, что природные катастрофы и катаклизмы связаны с периодами активности Солнца. Было выяснено, что чаще всего тайфуны, землетрясения и ураганы образуются как раз в период активности светила. На основании периодичности вспышек на светиле строят прогнозы природных катастроф.

Негативное воздействие оказывается еще и на технику. После солнечных вспышек ухудшается в значительной степени качество связи, часто ломается космическое навигационное оборудование. Возникают сбои в функционале самолетов, спутников и GPS-навигации.

Особенно опасны солнечные вспышки для космонавтов, если они в это время находятся в открытом пространстве космоса. Под воздействием мощнейшего потока частиц протонов уровень радиоактивного воздействия многократно повышается. Жителей планеты от ее губительного воздействия защищает атмосфера. Космонавты же такой защиты лишены и могут подвергаться сильнейшему радиационному излучению. Подобный заряд излучения, но в меньшей степени, получают и пассажиры, находящиеся в реактивных самолетах.

Но есть у вспышек на Солнце и приятные явления, например, жители северных широт могут любоваться красивым полярным сиянием. При особенно сильных вспышках его можно наблюдать и в более южных районах.

Как влияют вспышки на солнце на человека

Последствия повышенной активности Солнца в той или иной степени чувствуют на себе все жители. Но в большей степени от нее страдают метеозависимые люди и некоторые возрастные группы:

Дети в дни активности светила становятся особенно нервозными и плаксивыми, часто капризничают. Именно таким образом воздействуют губительные лучи на эмоциональное состояние малышей. В такие дни снижается иммунная защита , что может стать причиной развития самых разных болезней. В такие дни детям необходимо давать витамины фрукты и много воды.
Пожилые люди ощущают активность ухудшением сердечной деятельности. Особенно опасно такое состояние при высоком артериальном . Солнечная активность ухудшает коронарное кровообращение, увеличивает концентрацию в крови холестерина. Правильным действием в такие моменты будет прием таблетки аспирина, разжижающего кровь. К тому же это лекарство снимет боль. Люди, перенесшие инсульты, инфаркты, больные ишемией и аритмией должны держать в зоне доступности прописанные лечащим врачом препараты.
Водители автотранспортных средств также находятся в группе риска. Дело в том, что активность светила сказывается повышенной усталостью, потерей концентрации и внимания. В результате все реакции находящегося за рулем автотранспортного средства человека становятся медленнее. Поэтому лучше всего в такие дни не садиться за руль, а по возможности провести его дома.

Солнечная активность сказывается не только на физическом здоровье, но и психическом самочувствии человека. Даже абсолютно здоровые люди в такие дни испытывают повышенную нервозность, возбудимость и агрессию. Другие люди быстро утомляются, впадают в депрессию. У выбросы солнечной энергии вызывают обострение болезней. При этом рецидив продолжается и после окончания воздействия вспышки еще несколько дней.

Вспышки на солнце: видео

Уже не одно десятилетие ученые разных стран пытаются выяснить, каким образом можно прогнозировать такие природные явления как вспышки на Солнце. Их частоту обусловливают одиннадцатилетние циклы солнечной активности. Однако самые мощные и неприятные проявления активности Солнца настигают нас, совершенно внезапно, и по сей день. Это обусловлено тем, что прогнозировать солнечные вспышки можно только при анализе магнитных солнечных полей, не отличающихся постоянством и хотя бы минимальной стабильностью.

Влияние солнечных вспышек на космическое пространство

Наиболее неблагоприятными солнечные вспышки считаются для покорителей космоса. Представляя наибольшую степень угрозы в просторах космического пространства, волны мощной взрывной энергии вполне могут повреждать спутники связи, и даже космические аппараты, полностью выводя приборы и системы управления из строя. Вспышки на , образующие мощные потоки протонов, значительно повышают уровень радиации, вследствие чего люди в открытом космосе могут запросто подвергаться сильному облучению. Определенный риск облучения существует даже для пассажиров авиалайнеров, которые совершают перелеты в определенные периоды, приходящиеся на пики активности вспышек.

При Советском Союзе возможность вероятности солнечных вспышек пытались прогнозировать ведущие специалисты в Крымской астрофизической обсерватории, и если возникали предпосылки для энергетического взрыва, полеты космонавтов в обязательном порядке откладывались. Мировой сенсацией стал в 1968 году прогноз советских ученых о предстоящей солнечной вспышке, которой был присвоен самый высокий уровень опасности – в три балла. Тогда космический корабль «Союз-3» с Георгием Береговым был посажен, а уже через три часа наблюдали мощнейшую вспышку на Солнце, которая для человека, находящегося в космосе, стала бы смертельной.

Опасность облака плазмы и классификация солнечных вспышек

Солнечные вспышки могут представлять немалую опасность и для жителей нашей планеты, даже при том, что Земля защищена от них геомагнитным полем и атмосферным озоновым слоем. Каждая такая вспышка сопровождается облаком своеобразной плазмы и, достигая Земли, именно эта плазма вызывает магнитные бури, негативно влияющие практически на все живые организмы и выводящие из строя самые мощные системы связи.

После начала солнечной вспышки излучение доходит до поверхности Земли в течение 8-10-минутного периода, после чего в сторону нашей планеты направляются мощно заряженные частицы. Далее в течение трехдневного срока облака плазмы достигают Земли. Своеобразная взрывная волна сталкивается с нашей планетой и вызывает магнитные бури. Длительность каждой вспышки обычно не превышает нескольких минут, однако этого времени и мощности выброса энергии вполне хватает для того чтобы оказать влияние на состояние Земли и самочувствие ее жителей.

Учеными вспышки на Солнце были классифицированы пятью видами : A, B, C, M, X. При этом А – вспышки с минимальной степенью рентгеновского излучения, а каждая последующая – интенсивнее предыдущей в 10 раз. Самыми мощными и опасными считаются вспышки класса X. Многочисленными учеными и исследователями замечено, что даже тайфуны, ураганы и землетрясения чаще всего возникают во время проявления солнечной активности. Поэтому прогнозы различных природных катаклизмов нередко связаны со вспышками на Солнце.

Основные виды опасности при солнечных вспышках

Ничуть не преувеличивая уровень влияния вспышек от Солнца на человеческий организм и самочувствие, можно определить группы людей, которые наиболее подвержены негативному воздействию взрывов энергии солнечной системы.

Уже не раз доказано, что катастрофы и аварии по вине человеческого фактора количественно вырастают в дни солнечных вспышек. Это связано с тем, что в такие периоды мозговая деятельность максимально ослаблена, а концентрация внимания сильно притупляется. Кроме того, для ряда людей магнитные бури являются возбудителями настоящих мучений и расстройств. Таких групп можно насчитать множество:

Люди с ослабленным иммунитетом;
Население, страдающее сердечно-сосудистыми заболеваниями, мигренями, скачками (перепадами) артериального давления;
Люди с хроническими заболеваниями, которые обостряются во время каждой вспышки солнечной энергии и последующей магнитной бури;
Население, подверженное периодическим проявлениям бессонницы, потере аппетита, беспокойному сну;
Психически неуравновешенные личности.

Существуют отдельные мнения, неоднократно подтверждаемые практически, что многих во время магнитных бурь начинают беспокоить старые раны, шрамы, поврежденные кости или больные суставы. Также в отдельную группу можно отнести тех представителей, у которых наблюдается так называемая замедленная реакция на магнитные бури. Это люди, испытывающие негативные последствия через несколько дней после солнечных вспышек.

Многие специалисты советуют периодически проходить медицинские обследования для выявления хронических заболеваний. Так как именно такого рода болезни значительно обостряются во время вспышек на Солнце, можно будет если не предотвратить предстоящее недомогание и ухудшение здоровья, то хотя бы иметь под рукой лекарства.

Как ученые пытаются предсказывать вспышки на Солнце

Учитывая степень влияния и опасность от солнечных вспышек, работы и попытки найти наиболее верные методы прогнозирования данного явления не прекращаются. Достаточно долго ученые и синоптики рассматривали два пути решения проблемы:

Казуальный – основывается на прогнозировании ближайшей вспышки методом ее моделирования, для чего тщательно изучаются физические механизмы вспышки.
Синоптический – метод, при котором подразумевается изучение и анализ предпосылок и поведения Солнца перед каждой возникшей вспышкой.

Неоспоримым остается тот факт, что корональное происхождение солнечных вспышек и их магнитная природа непосредственно связаны. А значит, и для более качественной разработки прогнозирования скорей всего необходимо будет связывать воедино оба метода.

Солнечная вспышка – взрывной процесс выделения энергии (кинетической, световой и тепловой) в верхних слоях Солнца.

Вспышки охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону. Сразу отметим, что солнечные вспышки и корональные выбросы массы являются различными и независимыми проявлениями солнечной активности.

Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности, а точнее вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Энерговыделение мощной солнечной вспышки может достигать 6×10 25 Дж, что составляет 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте или приблизительный объем мирового потребления электроэнергии за 1 миллион лет.

Анимация, показывающая две солнечные вспышки (X2.2, X9.3), произошедшие 6 сентября 2017 года. Credit: SDO

Вспышки – это самые большие взрывные события Солнечной системы. Они видны яркими областями на Солнце и могут длиться от нескольких минут до нескольких часов. Фотоны от вспышки достигают Земли примерно за 8,5 минут после ее начала; далее в течение нескольких десятков минут доходят мощные потоки заряженных частиц, а облака плазмы достигают нашей планеты только через двое-трое суток.

Интенсивность вспышек на Солнце

Энергию вспышки определяют в видимом диапазоне электромагнитных волн по произведению площади свечения в линии излучения водорода, характеризующей нагрев нижней хромосферы, на яркость этого свечения, связанную с мощностью источника.

Также используют классификацию, основанную на непрерывных однородных измерениях амплитуды теплового рентгеновского всплеска в диапазоне энергий 0,5-10 кэВ (с длиной волны 0,5-8 ангстрем), проводимых некоторыми искусственными спутниками Земли.

Согласно классификации, которая была предложена в 1970 году Д.Бейкером, солнечной вспышке присваивается балл - обозначение из латинской буквы и индекса за ней. Буквой может быть A , B , C , M или X в зависимости от величины пика интенсивности рентгеновского излучения.

Вспышки на Солнце онлайн

Выбор для классификации вспышек рентгеновского диапазона обусловлен более точной фиксацией процесса: если в оптическом диапазоне даже крупнейшие вспышки увеличивают излучение на доли процентов, то в области мягкого рентгеновского излучения (1 нанометр) - на несколько порядков, а жесткое рентгеновское излучение спокойным Солнцем не создается вообще и образуется исключительно во время вспышек.

Обсерватория «Solar Dynamics Observatory» захватила солнечную вспышку (X8.2) 10 сентября 2017 года. На изображении показана комбинация длин волн ультрафиолетового света, выделяющая чрезвычайно горячий материал во вспышках. Credits: NASA/SDO/Goddard

Регистрация рентгеновского излучения Солнца, так как оно полностью поглощается атмосферой Земли, началась с первого запуска космического аппарата «Спутник-2», поэтому данные об интенсивности рентгеновского излучения солнечных вспышек до 1957 года полностью отсутствуют.

Опасны или нет? Влияние солнечных вспышек

Солнечные вспышки имеют прикладное значение при исследовании элементного состава поверхности небесного тела с разреженной атмосферой или при ее отсутствии, выступая в роли возбудителя рентгеновского излучения для рентгенофлуоресцентных спектрометров, установленных на борту космических аппаратов.

Жесткое ультрафиолетовое и рентгеновское излучение вспышек - основной фактор, ответственный за формирование ионосферы, способный также существенно менять свойства верхней атмосферы Земли: плотность ее существенно повышается, что ведет к быстрому снижению высоты орбиты искусственных спутников (до 1 километра в сутки).

Плазменные облака, выбрасываемые во время вспышек, приводят к возникновению геомагнитных бурь, которые определенным образом влияют на технику и самочувствие людей. Раздел биофизики, изучающий влияние изменений активности Солнца и вызываемых ею возмущений земной магнитосферы на организмы, называется гелиобиологией. Также вспышки создают полярное сияние, чаще всего вблизи полюсов.

Геомагнитные бури

Геомагнитная буря – возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток.

Геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущенных потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли.

Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет четкую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума.

Классификация магнитных бурь

K-индекс – это отклонение магнитного поля Земли от нормы в течение трехчасового интервала . Индекс был введен Юлиусом Бартельсом в 1938 году и представляет собой значения от 0 до 9 для каждого трехчасового интервала (00:00 – 03:00, 03:00 – 06:00, 06:00 – 09:00 и т. д.) мирового времени.

Kp-индекс – это планетарный индекс . Вычисляется как среднее значение К-индексов, определенных на 13 геомагнитных обсерваториях, расположенных между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Его диапазон также от 0 до 9.

G-индекс – пятибалльная шкала силы магнитных бурь , которая была введена Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA) в ноябре 1999 года. G-индекс характеризует интенсивность геомагнитного шторма по воздействию вариаций магнитного поля Земли на людей, животных, электротехнику, связь, навигацию и т. д. По этой шкале магнитные бури подразделяются на уровни от G1 (слабые бури) до G5 (экстремально сильные бури). G-индекс соответствует Kp минус 4; то есть G1 соответствует Kp=5, G2 соответствует Kp=6 и т.д.

Магнитные бури онлайн. Прогноз магнитных бурь

Роль звездных вспышек в зарождении жизни

Как ни странно, ученые полагают, что . Мощные солнечные взрывы, возможно, имели решающую роль в разогреве Земли. Выбрасываемая энергия превратила простые молекулы в сложные, такие как ДНК и РНК, необходимые для жизни.

Около 4 миллиардов лет назад Земля получала лишь 70% энергии от Солнца, по сравнению с тем, что мы имеем сегодня. Это означает, что наша планета должна была быть . Вместо этого, геологические свидетельства говорят о том, что она была теплой и имела океаны жидкой воды. Ученые называют это «Парадокс слабого молодого Солнца».

Солнце до сих пор производит вспышки и выбросы масс, но они не являются столь частыми и интенсивными, как ранее. Более того, на сегодняшний день , которое уберегает нас от большей части энергии, достигающей нашей планеты. Но наша молодая планета имела более слабое магнитное поле. Расчеты ученых показывают, что в то время частицы космической погоды путешествовали вниз по линиям магнитного поля, врезаясь в изобилие молекул азота в атмосфере, изменяя химию и создавая условия для жизни.

В тоже время, слишком большое количество энергии может быть губительно для молодых планет. , если магнитосфера слишком слаба. Понимание этих процессов поможет ученым определить, какие звезды и какие планеты могут быть гостеприимными для жизни.

Солнечные вспышки — это уникальные по своей мощности процессы выделения энергии (световой, тепловой и кинетической), в атмосфере Солнца . Вспышки так или иначе охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу , хромосферу и корону Солнца . Продолжительность солнечных вспышек часто не превышает нескольких минут, а количество энергии, высвобождаемой за это время, может достигать биллионов мегатон в тротиловом эквиваленте. Солнечные вспышки , как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности или, более точно, вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Частота и мощность солнечных вспышек зависят от фазы солнечного цикла .

Энергия солнечной вспышки проявляется во множестве форм: в виде излучения (оптического, ультрафиолетового, рентгеновского и даже гамма), в виде энергичных частиц (протонов и электрона), а также в виде гидродинамических течений плазмы. Мощность вспышек часто определяют по яркости производимого ими рентгеновского излучения. Самые сильные солнечные вспышки относятся к рентгеновскому классу X. К классу M относятся солнечные вспышки , которые имеют мощность излучения в 10 раз меньшую, чем вспышки класса X, а к классу C — вспышки с мощностью в 10 раз меньше, чем вспышки класса M. В настоящее время классификация солнечных вспышек осуществляется по данным наблюдений нескольких искусственных спутников Земли, главным образом по данным спутников GOES.

Наблюдения солнечных вспышек в линии H-альфа

Солнечные вспышки часто наблюдаются с помощью фильтров, позволяющих выделить из общего потока излучения линию атома водорода H-альфа, расположенную в красной области спектра. Телескопы, работающие в линиии H-альфа, в настоящее время установлены в большинстве наземных солнечных обсерваторий, причем на некоторых из них фотографии Солнца в этой линии получаются каждые несколько секунд. Примером такой фотографии является изображение Солнца, показанное над этим текстом, которое получено в линии H-альфа в солнечной обсерватории Big Bear Solar Observatory . На нем хорошо виден выброс солнечного протуберанца во время лимбовой солнечной вспышки 10 октября 1971 года. Фильм (4.2MB mpeg) , записанный во время вспышки , показывает этот процесс в динамике.

В линии H-альфа часто наблюдаются так называемые двухленточные солнечные вспышки , когда во время вспышки в хромосфере образуются две протяженные яркие излучающие структуры, имеющие форму параллельных лент, вытянутых вдоль нейтральной линиии магнитного поля (линия, разделяющая группы солнечных пятен противоположной полярности). Характерным примером двухленточной солнечной вспышки является событие 7 августа 1972 года, показанное в следующем фильме (2.2MB mpeg) . Это очень известная вспышка , произошедшая между полетами Аполлона 16 (апрель) и Аполлона 17 (декабрь), последними путешествиями человека на Луну. Если бы была допушена ошибка в расчете времени полета, и один из экипажей оказался бы на поверхности Луны во время этой вспышки , то последствия оказались бы губительны для астронавтов. Впоследствии эта возможная ситуация легла в основу фантастического произведения «Космос» («Space») Джеймса Миченер (James Michener), который описал вымышленную миссию Аполлона, потерявшего свой экипаж вследствие воздействия радиации от сильной солнечной вспышки .

Солнечные вспышки и магнитные поля

В настоящее время не вызывает сомнений, что ключ к пониманию солнечных вспышек следует искать в структуре и динамике магнитного поля Солнца. Известно, что если структура поля в окрестностях солнечных пятен становится очень сложной, то силовые линии могут начать пересоединяться друг с другом, что приводит к быстрому высвобождению магнитной энергии и энергии электрических токов, связанных с магнитным полем. В результате разнообразных физических процессов, эта первичная энергия поля превращается затем в тепловую энергию плазмы, энергию быстрых частиц и другие формы энергии, наблюдаемые в солнечной вспышке. Изучение этих процессов и установление причин, по которым начинается солнечная вспышка , является одной из основных задач современной физики Солнца, все еще далекой от окончательного ответа.