Когда «плющит, корёжит и колбасит»

«Солнце ведёт себя как хочет» – этот заголовок открывал интервью «ВСП» с Сергеем Язевым в начале 2023 года. Тогда с начала года звезда уже дала шесть мощных вспышек. Прошедший год подтвердил слова учёного: в течение 2023-го Солнце вело себя как хотело. А хотело оно самого разного – несколько мощных вспышек летом, неожиданную геомагнитную бурю в ноябре и полярные сияния в начале декабря. Через два дня после того, как интервью с Сергеем Арктуровичем было записано, 14 декабря 2023 года, светило выдало самую мощную за последние годы вспышку интенсивностью Х2,8. К счастью, корональный выброс массы прошёл мимо Земли, и мы ничего не почувствовали. Но Солнце показало, что в максимуме оно способно на любые сюрпризы.

– Мы все знаем, что магнитные бури вызывает Солнце. А дальше уже становится сложнее… Пятна, поток заряженных частиц. Можно рассказать просто, что происходит?

– Нас в этой ситуации интересует не само по себе Солнце, а некие процессы, которые иногда на нём появляются. На самом деле есть две причины для магнитных бурь, и обе связаны с Солнцем.

Главная причина – корональные выбросы массы. Их открыли не так давно, несколько десятилетий назад. «Корональный выброс массы» – не очень хороший термин, это полная калька с английского термина Coronal mass ejection. Лучше было бы говорить на русском «выброс коронального вещества» или «корональный выброс вещества». Но так уж перевели и так оно закрепилось, никуда теперь не денешься. Речь идёт о том, что в космическое пространство выбрасывается огромный сгусток солнечного вещества, плазмы. Это заряженные частицы, в основном протоны и электроны, которые летят с огромной скоростью. И этот сгусток летит, что называется, «на кого бог пошлёт». Скорость его бывает большой, как минимум 400 километров в секунду, но бывает и в разы больше. Понятно, что такие яркие события происходят редко, но они иногда случаются.

Сгусток имеет гигантские размеры, намного больше размеров Земли. Плотность его мала, но всё равно это очень много заряженных частиц, которые этакой «кучкой» летят в космическом пространстве. В большинстве случаев они просто пролетают мимо Земли, и мы вообще ничего не замечаем. Но иногда выброс попадает в окрестности Земли или прямо в Землю. Наша планета – магнит. Значит, магнитное поле у неё имеется. И Земля, как щитом, загораживается от внешних воздействий своим магнитным полем. Как мы можем это узнать? У нас есть компасы. Мы обнаруживаем, что, где бы мы на Земле ни были, компас куда-то показывает, причём не куда попало – стрелочка всегда поворачивается в определённом направлении. Она пытается ориентироваться вдоль магнитного поля Земли. И оказывается, что это магнитное поле уходит далеко-далеко в космос от самой планеты.

Получается, что планета находится в магнитной оболочке, которая называется магнитосфера. И вот, когда частицы от Солнца прилетают в окрестности магнитосферы, последнюю начинает, что называется, «плющить, корёжить и колбасить», она вся изгибается, поджимается со стороны Солнца и наоборот – вытягивается с противоположной стороны. Это означает, что магнитное поле, которое мы измеряем с помощью наших приборов, включая компасы, сильно меняется. Оно начинает колебаться, направление поля тоже изменяется, стрелочка компаса показывает куда попало, дёргается. Вся магнитосфера «возмущается», как говорят учёные. Это и называется магнитной бурей. Буря обычно продолжается несколько часов. Очень редко – несколько дней, и тогда это уникальное событие.

– Почему возникает такой выброс?

– Могут сработать две причины. Первая – солнечная вспышка, грандиозный взрыв на Солнце, сопровождающийся выделением огромного количества энергии. Мои студенты недавно считали, сколько лет надо работать всем электростанциям Земли, чтобы выработать столько энергии, сколько за секунду выделяется в солнечной вспышке. У них получились миллиарды лет. Это действительно чудовищная энергия. Но на самом деле, как ни парадоксально, это можно сравнить с каким-то грандиозным коротким замыканием в гигантской электрической цепи. Там возникают сильнейшие электрические токи, а значит, и электромагнитные силы, выбрасывающие заряженные частицы пучком в космическое пространство. А вспышки, в свою очередь, происходят там, где есть сильные магнитные поля на Солнце, то есть в солнечных пятнах. Получается логическая цепочка: если на Солнце есть магнитные поля в виде солнечных пятен, тогда может произойти вспышка. Она, в свою очередь, может произвести выброс коронального вещества. Самое замечательное, что всё это не обязательно. Могут быть пятна, а вспышка не произойдёт. Есть большое количество групп солнечных пятен, где вспышек не бывает. Но большие группы солнечных пятен с очень сильными магнитными полями обязательно производят вспышки. Таких вспышек могут быть десятки, в редких случаях – сотни. Но и далеко не все солнечные вспышки сопровождаются выбросом вещества. Однако самые сильные – обязательно.

Корональные выбросы вещества возникают не только во время солнечных вспышек. Иногда взрываются солнечные протуберанцы. Протуберанец – это облако из плазмы, которое может существовать на Солнце довольно долго, иногда много недель. Я такие протуберанцы наблюдал неоднократно на телескопе в Листвянке. Они хорошо видны через специальные фильтры. Иногда они совершенно неожиданно взрываются, улетают и образуют такой же выброс вещества, как и при вспышке в солнечных пятнах. Предсказать это заранее вообще невозможно: что случилось с протуберанцем, что он вдруг взорвался и полетел? Этого мы не знаем и не можем спрогнозировать. Таким образом, и протуберанцы, и сильные солнечные вспышки могут служить причиной того, что выброшенное вещество долетит до Земли и вызовет магнитную бурю. Но есть и третья причина магнитных бурь, правда, не очень сильных. На Солнце есть ещё один тип образований – так называемые корональные дыры. Их открыли сравнительно недавно, они видны только в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Таких телескопов на Земле нет, поскольку ультрафиолет и рентген от Солнца, к счастью, через атмосферу не проходят. Надо выходить в космос и смотреть оттуда.

Когда первые ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы были построены, учёные увидели, что на Солнце, высоко в его атмосфере, иногда возникают обширные тёмные образования. Их и назвали корональными дырами. Оказалось, что из этих дыр «дует» высокоскоростной солнечный ветер. Это тоже поток частиц, но достаточно постоянный, поскольку дыра живёт долго. Представьте себе шланг на даче, из которого брызжет вода. Этот шланг всё время включён. Если на Солнце образовалась корональная дыра, оттуда в космическое пространство идёт поток высокоскоростного солнечного ветра. Если эта «струя» попадёт в Землю, то тоже возникнет магнитная буря, но слабая. Плотность и энергия выбрасываемых из такой дыры частиц намного меньше, чем при выбросе коронального вещества. Вспышки, протуберанцы, корональные дыры – все они могут вызвать магнитные бури на Земле. И всё зависит от того, каким образом частицы попадут в Землю: может зацепить только краем, а может угодить прямо в планету, прямо попасть. Сила магнитных бурь бывает самой разной.

Сильно, но и сильнее видали

Сейчас наше светило находится на пике своей активности в 11-летнем цикле, отсюда столько новостей о том, что «Солнце сошло с ума», «нас всех ждёт разрушительная буря». Летят вопросы: «Кто сломал звезду?» Учёные заявляют: никто ничего не ломал, Солнце живёт в своём ритме, апокалиптические настроения стоит оставить для бесед с психиатром. Да, Солнце немного активнее, чем в предыдущем цикле, но бывали в его биографии годы куда как более бурные.

– Всё-таки сегодня мы имеем дело с каким-то особенным циклом или нет?

– И да, и нет. На самом деле ещё в середине 19 века была открыта 11-летняя цикличность активности Солнца. Это означает, что наша звезда «дышит» в таком ритме, что пятен на ней бывает иногда совсем мало, а когда-то и очень много. Когда пятен нет, не может быть никаких вспышек. Но даже в это время бывают слабые магнитные бури, поскольку даже в спокойный период корональные дыры присутствуют. А потом период покоя кончается, количество пятен начинает увеличиваться и растёт примерно 3-4 года. Наконец, количество пятен достигает некоего максимума. Этот максимум длится разное количество времени – иногда год, иногда три. А потом начинается 5-6-летний спад. От минимума до следующего минимума обычно проходит 11 лет. Иногда бывает меньше или больше, но в среднем это именно 11 лет.

Кстати, предыдущий солнечный цикл, который закончился в декабре 2019 года, продолжался ровно 11 лет. Начиная с января 2020 года, когда был зафиксирован предыдущий минимум, количество пятен постепенно нарастает. В июне-июле 2023 года пятен было уже очень много, даже больше, чем в максимуме предыдущего 11-летнего цикла. Тогда максимум был в 2014 году. К концу года пятен стало меньше.

Пока что гелиофизики могут сказать только одно: эпоха максимума началась. Закончилась она или продолжается – будущее покажет. Под этот Новый год исполнилось как раз четыре года с момента начала нынешнего цикла солнечной активности.

В целом в 2023 году пятен было много. Соответственно, и вспышек было немало. Вспышки бывают разного типа. Их делят на три рентгеновских класса. Класс С – слабые, М – средние, Х – сильные. Начиная с января 2020 года самых сильных вспышек было более двадцати – двадцать одна штука. Если же мы возьмём предыдущий цикл, то за те же самые 4 года их было в два раза меньше. Нынешний цикл оказался более мощным, сильным и по количеству пятен, и по количеству вспышек, и по их силе. Но в целом же он далёк от максимальных показателей. Были циклы существенно выше, когда в максимуме было гораздо больше пятен, чем сейчас, и вспышки были сильнее.

– Часто хочется связать события на Земле с солнечными циклами. Вот начался в 2020 году цикл, пошла пандемия, потом другие невесёлые события. Может, на нас так Солнце влияет?

– Нет, такой зависимости мы не видим. События на Земле развиваются сами по себе, активность Солнца – сама по себе. На самом деле нам очень везло. Да, вспышек было много, в том числе сильных. Однако подавляющее большинство самых сильных вспышек были так удачно расположены, что выбросы от них в Землю не попадали, а летели мимо. Однажды попало в Венеру, как писали. А нас, что называется, пронесло. Но магнитные бури, конечно, были, и достаточно сильные. Это класс G3, третий класс по мощности. Буря G1 – это слабая, G2 – средняя, G3 – соответственно, сильная. В апреле уходящего года была достаточно сильная геомагнитная буря, и аналогичное по силе событие повторилось в самом конце ноября. Эта буря привела к интенсивным полярным сияниям, которые были видны даже в Иркутске.

– Люди реагируют как-то на такие сильные бури? Это вопрос сложный, потому что очень многие во время бури или до неё жалуются на плохое самочувствие.

– У меня как раз ощущение, что люди не реагируют. А правильный ответ, наверное, заключается в том, что кто-то реагирует, а кто-то нет. Я за геомагнитными бурями слежу прямо в онлайн-режиме – на специализированном сайте. И вижу, есть буря или её нет. Я по себе знаю, что на меня эти бури не влияют вообще никак. Я не чувствую себя хуже или лучше. Обычное состояние. Недавно случилась буря, и мне захотелось провести эксперимент. В университете обратился к студентам, которые ещё не знали, что была геомагнитная буря. Я спросил: «Кто-нибудь в понедельник чувствовал себя хуже?» Все помотали головами. Одна девочка сказала, что у неё кружилась голова, но у неё такое бывает время от времени. Но я вижу и людей, которые действительно что-то ощущают. Я слежу за статистикой, и некоторые люди говорят, что во время магнитной бури они ощущали головную боль, скачки давления. Окончательные выводы никто не делает, хотя проводилось большое количество исследований в течение 20 и 21 веков. Множество научных статей написано на эту тему. А окончательного решения нет.

Вероятно, потому что человек – очень плохой инструмент для изучения магнитных бурь. Это очень нестабильный инструмент. Если человек болен, не выспался, в плохом настроении, поругался с начальством, например, он вполне может почувствовать магнитную бурю. Но если тот же самый человек в порядке, он просто может её не заметить. Каждый из нас пережил десятки, а может быть, и сотни магнитных бурь. И в подавляющем большинстве случаев мы про это знать не знали и ведать не ведали. Мы же не следим за бурями, они обычно для нас наступают неожиданно. Когда люди читают в СМИ, что вчера была буря, к этому времени она уже, как правило, кончилась. И многие говорят: «Вот почему у меня вчера голова болела!» А может, не вчера, а позавчера? А может, болела потому, что съел или выпил накануне много?

Торт зелёный, крем красный

В самом начале декабря все соцсети Иркутска были переполнены фотографиями полярного сияния. Современная техника позволяет запечатлеть небесные события, и свидетельств было очень много. Сияния восхищают, но хочется знать, как они возникают, почему бывают красными и зелёными, отчего это «не НЛО». И почему не надо запасаться шапочками из фольги.

– Причина появления полярных сияний в том, что частицы, прилетающие от Солнца в большом количестве, сталкиваются с частицами земного воздуха на большой высоте, – рассказывает Сергей Язев. – И этих «земных» частиц очень много даже на гигантских высотах, например на высоте, где летает МКС, и выше. Наша атмосфера в основном состоит из азота и кислорода. Атомы азота и кислорода имеют свойство излучать зелёный и красный свет, если частицы из космоса ударят по ним, прилетев с высокой скоростью. Когда этих частиц от Солнца прилетает много, они массово сталкиваются с частицами земной атмосферы, вызывая то самое полярное сияние. Причём зелёное сияние мы обычно видим пониже, а красное – повыше. Зелёное свечение происходит где-то до высоты 150 километров, это ниже спутников и МКС.

Когда космонавты летают на МКС, они смотрят вниз и видят зелёное свечение ниже себя. Красное свечение обычно выше. Это как такой торт, крем сверху – это красное свечение. Оно обычно намного слабее, но, когда бывает очень сильная магнитная буря, всё начинает светиться красным на огромных высотах – до 500 километров, в отдельных случаях даже до 900 километров. К слову, МКС летает на высоте 400 километров, и всё светится даже над ней. В этот раз в ноябре так и было. Красное свечение далеко и высоко, и жители Иркутской области видели его издали. А зелёное в Иркутске мы могли и не увидеть, потому что оно ниже и оказалось за горизонтом. Это, кстати, лишнее доказательство того, что Земля круглая. Люди в Усть-Куте, в Киренске могли видеть и зелёное свечение, а мы в Иркутске видели только далёкое красное, верхушку этого «торта».

– Я помню, в детстве видела на иркутском небе красное сияние, но мне никто из знакомых не поверил. Говорили, что полярное сияние бывает только зелёным, а что видела я – они не понимают.

– Скорее всего, дело было в 1989 году осенью. Тогда на Солнце произошла серия сильных вспышек, было несколько выбросов, которые попали в Землю. Появились сильнейшие полярные сияния, которые были видны по всей Иркутской области. Письма в газету «Советская молодёжь» шли прямо пачками, люди видели сияние в Иркутске, Усть-Ордынском, Братске, Тайшете. Я это помню, потому что потом эти письма я забрал у главного редактора Олега Желтовского. Действительно, в письмах люди часто описывали сильное красное свечение. Интересно, что в то время был большой психоз вокруг НЛО, а в 1989 году – пик этого психоза. Все СМИ писали про тарелки, про пришельцев. А сияние проявлялось в виде красных пятен на небе. И многие считали, что эти красные «шары» над Иркутской областью – проделки пришельцев. Сейчас похожее небесное событие повторилось. Но в отличие от 1989 года у всех есть съёмочная техника. И теперь у нас есть совершенно изумительные видео, красивые фото полярного сияния. Всё это сейчас можно замечательно регистрировать. Я собираю коллекцию видео и фотографий. Есть у меня папка про серебристые облака, про полярные сияния. Про все интересные небесные события.

– А вот эти последние сияния чем были вызваны? Вспышкой, протуберанцем?

– Они появились в результате сильной вспышки 28 ноября. Это была вспышка почти класса X – М9,8. Она очень быстро развивалась, была сильной, и на спутниках был виден тот самый выброс. Сразу было понятно, что он летит в Землю. Прогнозы о том, что произойдёт геомагнитная буря, конечно, были. Немного ошиблись по времени, поскольку скорость выброса всегда трудно оценить. И вот 1 декабря нас ждало такое грандиозное зрелище – полярное сияние. На половину дня с прогнозом ошиблись, но событие было зафиксировано, и учёные его отследили. На коронографах, установленных на спутниках, было видно, как расширяется кольцо вокруг Солнца, выброс типа гало. Раз он был виден не сбоку, а прямо с торца, то было ясно – летит к нам. Тут уже никаких вариантов нет.

А вот в середине ноября было совсем по-другому. Случилась внезапная геомагнитная буря, которую никто не ожидал. Её связывали с недавней вспышкой на Солнце, но она была такой слабой, что не могла вызвать сильную бурю. Я предположил, что взорвался протуберанец, выброс полетел к Земле, а сам взрыв никто особенно не заметил. Но этого ни я сам, ни кто-либо другой не проверял. Это просто долго, нужно много данных поднимать. Нет, возможно, если какие-то учёные профильно занимаются этой темой, они уже подняли данные, нашли причину этого события. Но пока эти результаты не опубликовали. Никакого из ряда вон выходящего события ведь не случилось – бури бывают, возникают они из-за корональных дыр, вспышек, протуберанцев. Буря довольно сильная была, вспышки не было – значит, это, скорее всего, протуберанец.

– Каковы прогнозы на Солнце в ближайшем будущем? Удастся ли нам ещё наблюдать полярные сияния?

– Прогнозировать сложно. Думаю, сияния ещё будут. Если мы сейчас на максимуме цикла солнечной активности, то пятен много, по статистике, и вспышек будет много. Точно так же, по статистике, и выбросов массы будет немало, часть из них попадут в Землю. Тогда будут новые полярные сияния. Предсказывать эти вещи мы вообще не умеем. Мы не можем сказать, что, например, 26 декабря или 5 января будет солнечная вспышка. Предсказывать, сформируется ли некая группа пятен на Солнце именно 26 декабря, да ещё и с сильными магнитными полями, которые дадут выброс, мы не можем. Если я вижу группу уже сформировавшихся пятен, то могу предположить: тут может произойти сильная вспышка, а в другой группе – точно нет. А что будет через неделю, я не знаю, группы пятен совершенно неожиданно появляются, развиваются, дают или не дают вспышки.

Предсказывать магнитные бури заранее никто не может. Что-то возможно ещё предсказать про корональные дыры, поскольку они существуют на Солнце очень долго, иногда до нескольких месяцев. Солнце вращается с постоянной скоростью – 1 оборот за 27 суток относительно Земли. Если напротив Земли есть корональная дыра, то через 27 суток Солнце сделает полный оборот, и она снова окажется напротив Земли. И этот «шланг» будет продолжать работать, «поливая» потоками плазмы межпланетное пространство. И если тогда была слабенькая геомагнитная буря, она через 27 суток может повториться. Но это тоже не точно, потому что через 27 суток корональная дыра может и «рассосаться». Прогнозы – дело сложное. Чёткий прогноз можно дать только тогда, когда вспышка уже произошла, зафиксирована и вещество летит прямо к Земле. А пройден ли максимум цикла, вам сегодня никто не скажет. Для этого нужны время и наблюдения.