Корональные выбросы массы (Coronal mass ejections или CME ) представляют собой гигантские объемы солнечного вещества, выбрасываемые в межпланетное пространство из атмосферы Солнца в результате происходящих в ней активных процессов. По видимому, именно вещество корональных выбросов, достигающее Земли, является главной причиной возмущений земной магнитосферы и магнитных бурь. Природа выбросов и причины, по которым они происходят, понятны пока не до конца. Так, например, давно известно, что корональные выбросы массы часто (возможно всегда) связаны с солнечными вспышками , но механизм этой связи так до сих пор и не установлен. Не известно даже, предшествует ли выброс вспышке или, наоборот, является ее следствием.
Хотя наблюдения дальней короны Солнца во время затмений насчитывают тысячи лет, существование корональных выбросов массы оставалось неизвестным вплоть до начала космической эры. Впервые наблюдательные свидетельства этого явления были получены около 35 лет назад на коронографе солнечной орбитальной станции OSO 7, работавшей на орбите с 1971 по 1973 год. Причина, по которой открытие корональных выбросов массы случилось так поздно, состоит в том, что полная фаза солнечных затмений продолжается на Земле очень короткое время (всего несколько минут), что недостаточно для обнаружения коронального выброса , длящегося несколько часов. Кроме того, наземные коронографы неспособны обнаружить слабое излучение выброса из-за яркого свечения неба. Коронографы, устанавливаемые на борту космических аппаратов, избавлены от этого недостатка и благодаря этому предоставляют широкие возможности для исследования корональных выбросов .
Громадный выброс корональной массы, 23 цикл солнечной активности.
Выброс корональной массы 15 мая 2000 года. Прибор LASCO 3, космическая солнечная обсерватория SOHO.
Солнечные извержения, названные корональными выбросами массы (coronal mass ejection – СМЕ), связывают с разрывом закрытых линий магнитного поля над поверхностью Солнца. В зависимости от энергии, реализованной при извержении, солнечный ветер от СМЕ имеет либо высокие, либо низкие скорости. Частота появления CME синхронна с циклом солнечной активности. Умеренный солнечный ветер течет от корональных лучей – ярких, плотных структур. «Спокойная корона» между дырами и лучами также может проводить медленные потоки солнечного вещества.
Динамические свойства солнечного ветра очень тесно связаны с короной и её магнитным полем. 3начительная часть солнечного магнитного поля, вытягиваясь, увлекается уносящимся от Солнца ветром. Он же дует во все стороны, наполняя заряженными частицами все околосолнечное пространство, всю нашу планетную систему, создавая межпланетное магнитное поле, поддерживаемое за счет ветра.
«Железнодорожный шторм», 13 мая 1921 года. В тот день астрономы заметили огромное пятно на Солнце радиусом примерно в 150 тысяч километров. 15 мая последовала геомагнитная буря, которая вывела из строя половину техники Нью-Йоркской Центральной железной дороги и оставила без связи почти всё Восточное побережье США.
Солнечные вспышки 21 июля 2012 года. Активный солнечный регион 1520 выпустил в направлении Земли огромную вспышку класса X1.4, вызвав полярные сияния и серьёзные перебои в радиосвязи. Вспышки класса X — мощнейшие из всех известных по интенсивности рентгеновского излучения. Сами они обычно не достигают Земли, но их влияние на магнитное поле нельзя недооценивать.
Вспышка 1972 года и Аполлон-16. Перемещения по космосу во время максимальной солнечной активности крайне опасны. В августе 1972 года находящийся на Луне экипаж Аполлона-16 чудом избежал воздействия вспышки класса X2. Если бы астронавтам повезло чуть меньше, они бы получили дозу радиации в 300 бэр, что почти наверняка убило бы их в течение месяца.
Солнечная вспышка в День взятия Бастилии. 14 июля 2000 года спутники засекли на поверхности Солнца мощнейшую вспышку класса X5.7. Выброс был настолько сильным, что его засекли даже аппараты Вояджер-1 и 2, находящиеся на краю Солнечной системы. По всей Земле наблюдались перебои и с радиосвязью, а люди, пролетавшие над полюсами планеты, получили дозу радиации — к счастью, сравнительно небольшую.
Солнечная вспышка 9 августа 2011 года ознаменовала пик текущего солнечного цикла, достигнув мощности X6.9. Это был крупнейший из выбросов цикла 24, засечённый новым спутником NASA — обсерваторией солнечной динамики. Вспышка ионизировала верхнюю часть атмосферы Земли, вызвав помехи в радиосвязи.
Крупнейшая вспышка 2015 года произошла 7 мая. Её мощность достигала «всего лишь» класса X2.7, но и этого хватило, чтобы вызвать яркие полярные сияния и перебои в связи. А кроме того — красивейшие фотографии с наблюдающих спутников.
Солнечная вспышка 5 декабря 2006 года достигла рекордной мощности X9, но по счастью не была направлена в сторону Земли. Наша планета в принципе достаточно маленькая «мишень», с чем человечеству здорово повезло. Два аппарата STEREO для изучения солнечной активности, недавно выпущенные на орбиту, отслеживали это событие от начала и до конца.
Геомагнитная буря 13 марта 1989 года продемонстрировала, насколько опасными могут стать солнечные штормы. Последствия от вспышки класса X15 вызвали отключение электричества для миллионов жителей Канады в Монреале и окрестностях Квебека. Электрические сети севера США едва выдержали электромагнитный удар. По всему миру прерывалась радиосвязь и разливалось полярное сияние.
«Хэллоуинская» вспышка в октябре 2003 года являлась одним из мощнейших когда-либо засечённых солнечных штормов класса X45. Она по большей части прошла мимо Земли, но корональные выбросы массы повредили ряд спутников и вызвали перебои в телефонной и мобильной связи.
Супершторм Кэррингтона. 1 сентября 1859 года астроном Ричард Кэррингтон наблюдал ярчайшую вспышку, корональный выброс от которой достиг Земли лишь за 18 часов. Телеграфные сети отказывали по всей территории Европы и США, некоторые станции загорались от коротких замыканий. Тот выброс не был крупнейшим, около X10, но он ударил по Земле в идеальный промежуток времени и вызвал наибольшие разрушения.
Мощность «солнечных штормов» достигает миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте — столько энергии вся наша цивилизация могла бы потребить за миллион лет. Корональные выбросы массы в основном представлены электромагнитным излучением, которое, при точном попадании в Землю, вызывает геомагнитные бури. Последствия — перебои в связи и отказ электроники. Учитывая, что с каждым годом человечество всё сильнее полагается на технику, сильная геомагнитная буря способна породить настоящий хаос. Перед вами — 10 самых мощных солнечных штормов за последние два столетия.
Солнечные вспышки
|
Данные эксперимента СПИРИT (ФИАН) - на ИСЗ КОРОНАС-Ф - Вспышка 28.10.03, 11:00 UT Х17.2/4B, S16E08 –УФ (линия MgXII - 8.42 А) . |
Солнечная вспышка – это мощное проявления СА, вызванное возникновением неустойчивой конфигурации магнитного поля в активной области на Солнце. Вспышки наблюдаются в виде внезапного увеличения яркости солнечной хромосферы, при мощных событиях − и фотосферы. Вспышка длится от нескольких минут до десятков минут и сопровождается выделением энергии до 10 26 Дж в виде коронального выброса массы и потока космических лучей, электромагнитного излучения во всех диапазонах от ультра-фиолетового, рентгеновского и гамма-излучения до метровых радиоволн . |
От чего зависит степень геоэффективности солнечных вспышек?
Не каждая вспышка, произошедшая на Солнце, влияет на состояние ОКП, то есть
является геоэффективной. Геоэффективность вспышечных явлений, в основном,
определяется мощностью
(интенсивностью) и локализацией на диске Солнца.
Естественно,
что чем мощнее вспышка, тем более сильное влияние она может оказать на ОКП, при
условии, что образовавшиеся в ней частицы достигнут орбиты Земли. Согласно
последним исследованиям, максимальную геоэффективность имеют вспышки
рентгеновского класса выше М5, произошедшие на западной половине солнечного
диска (например, ).
(Подробнее см. материалы к теме "Солнечные космические лучи").
Корональные выбросы массы (КВМ)
В 90-е гг. 20 века стало ясно, что важным источником геоэффективных возмущений являются не только солнечные вспышки, но также и гигантские выбросы вещества из короны Солнца, так называемые корональные выбросы массы (КВМ) . Схематично КВМ выглядит как оторвавшаяся от Солнца замкнутая петля магнитного поля, несущая в себе сгусток коронального вещества (см. рисунок 2).
Эруптивные протуберанцы
Эруптивные протуберанцы (ЭП)
- это крупные образования в
атмосфере Солнца, отличающиеся от окружающего их вещества повышенной плотностью
и пониженной температурой; наиболее заметный тип проявления активности в
солнечной короне . Вопрос о степени влиянии
протуберанцев на космическую погоду (прямого или
косвенного, как одна из возможных причин возникновения (КВМ)
) на сегодняшний день остается открытым.
Примером события, когда распад волокна (волокно – это протуберанец, наблюдаемый
в проекции на солнечный диск) стал источником возрастания потоков СКЛ в ОКП,
может служить событие 14-17 апреля 1994 . Но
следует отметить, что такие события являются относительно редкими.
Высокоскоростной солнечный ветер
Солнечный ветер имеет бимодальный характер, это смесь медленного и быстрого
потоков. Скоростной поток, в свою очередь, делится на квазистационарные и
спорадические потоки, имеющие разную природу. Квазистационарные
высокоскоростные потоки
солнечной
плазмы, ответственные за рекуррентные геомагнитные возмущения, наблюдаются над
корональными
дырами
.
Скорость здесь повышена до 700-1000 км/с, плотность понижена (3-4 см -3).Спорадические
высокоскоростные потоки
-
относительно кратковременные и сложные по структуре образования, ответственные
за спорадические магнитосферные возмущения, в частности, с ними связаны большие
магнитные бури.
Скорость солнечного ветра в спорадических потоках достигает 1200 км/с; на
переднем фронте и впереди его образуется ударная волна .
Корональные дыры
Корональные дыры (КД) − это области солнечной короны с относительно низкой температурой (0.8 × 10 6 К), пониженной плотностью и направленным примерно радиально от Солнца магнитным полем. На фотографиях в рентгеновских лучах КД выглядят тёмными по сравнению с другими областями короны (см. рисунок). КД, по-видимому, всегда существуют в полярных областях Солнца и иногда продолжаются в область низких широт, где могут образовываться изолированные КД
До появления данных с этих двух станций никто не осознавал, что корональные выбросы массы являются столь важными и распространёнными.
Так как затмевающий диск коронографа вырезает из поля зрения прибора яркий диск Солнца, то наблюдения источника коронального выброса на поверхности Солнца с помощью коронографа оказываются невозможным, и предположения о возможном его источнике делаются на основе наблюдений другими приборами в других диапазонах волн . Эта принципиальная трудность приводит к тому, что по наблюдениям со спутника вблизи Земли в ряде случаев оказывается невозможным определить направление движения выброса: движется ли он к Земле или от Земли. Для преодоления этой трудности в настоящее время используется пара космических аппаратов проекта STEREO , которые разведены на большие углы по орбите Земли.
См. также
Напишите отзыв о статье "Корональные выбросы массы"
Примечания
Литература
- Brueckner G. E. (англ.) // Gordon Newkirk Jr. (ed.), Coronal Disturbances, IAU Symposium no. 57, held at Surfers Paradise, Queensland, Australia, 7-11 September, 1973, pp. 333–334, Reidel, Dordrecht; Boston. - 1974.
- Rainer Schwenn. (англ.) // Living Rev. Solar Phys. (англ. ), 3, (2006), 2. [Онлайн-статья]. - 2006-2010.
- . Энциклопедия Солнца. Лаборатория рентгеновской астрономии Солнца, ФИАН (ТЕСИС).
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Корональные выбросы массы
– Помните, что вы будете отвечать за все последствия, – строго сказал князь Василий, – вы не знаете, что вы делаете.– Мерзкая женщина! – вскрикнула княжна, неожиданно бросаясь на Анну Михайловну и вырывая портфель.
Князь Василий опустил голову и развел руками.
В эту минуту дверь, та страшная дверь, на которую так долго смотрел Пьер и которая так тихо отворялась, быстро, с шумом откинулась, стукнув об стену, и средняя княжна выбежала оттуда и всплеснула руками.
– Что вы делаете! – отчаянно проговорила она. – II s"en va et vous me laissez seule. [Он умирает, а вы меня оставляете одну.]
Старшая княжна выронила портфель. Анна Михайловна быстро нагнулась и, подхватив спорную вещь, побежала в спальню. Старшая княжна и князь Василий, опомнившись, пошли за ней. Через несколько минут первая вышла оттуда старшая княжна с бледным и сухим лицом и прикушенною нижнею губой. При виде Пьера лицо ее выразило неудержимую злобу.
– Да, радуйтесь теперь, – сказала она, – вы этого ждали.
И, зарыдав, она закрыла лицо платком и выбежала из комнаты.
За княжной вышел князь Василий. Он, шатаясь, дошел до дивана, на котором сидел Пьер, и упал на него, закрыв глаза рукой. Пьер заметил, что он был бледен и что нижняя челюсть его прыгала и тряслась, как в лихорадочной дрожи.
– Ах, мой друг! – сказал он, взяв Пьера за локоть; и в голосе его была искренность и слабость, которых Пьер никогда прежде не замечал в нем. – Сколько мы грешим, сколько мы обманываем, и всё для чего? Мне шестой десяток, мой друг… Ведь мне… Всё кончится смертью, всё. Смерть ужасна. – Он заплакал.
Анна Михайловна вышла последняя. Она подошла к Пьеру тихими, медленными шагами.
– Пьер!… – сказала она.
Пьер вопросительно смотрел на нее. Она поцеловала в лоб молодого человека, увлажая его слезами. Она помолчала.
– II n"est plus… [Его не стало…]
Пьер смотрел на нее через очки.
– Allons, je vous reconduirai. Tachez de pleurer. Rien ne soulage, comme les larmes. [Пойдемте, я вас провожу. Старайтесь плакать: ничто так не облегчает, как слезы.]
Она провела его в темную гостиную и Пьер рад был, что никто там не видел его лица. Анна Михайловна ушла от него, и когда она вернулась, он, подложив под голову руку, спал крепким сном.
На другое утро Анна Михайловна говорила Пьеру:
– Oui, mon cher, c"est une grande perte pour nous tous. Je ne parle pas de vous. Mais Dieu vous soutndra, vous etes jeune et vous voila a la tete d"une immense fortune, je l"espere. Le testament n"a pas ete encore ouvert. Je vous connais assez pour savoir que cela ne vous tourienera pas la tete, mais cela vous impose des devoirs, et il faut etre homme. [Да, мой друг, это великая потеря для всех нас, не говоря о вас. Но Бог вас поддержит, вы молоды, и вот вы теперь, надеюсь, обладатель огромного богатства. Завещание еще не вскрыто. Я довольно вас знаю и уверена, что это не вскружит вам голову; но это налагает на вас обязанности; и надо быть мужчиной.]
Пьер молчал.
– Peut etre plus tard je vous dirai, mon cher, que si je n"avais pas ete la, Dieu sait ce qui serait arrive. Vous savez, mon oncle avant hier encore me promettait de ne pas oublier Boris. Mais il n"a pas eu le temps. J"espere, mon cher ami, que vous remplirez le desir de votre pere. [После я, может быть, расскажу вам, что если б я не была там, то Бог знает, что бы случилось. Вы знаете, что дядюшка третьего дня обещал мне не забыть Бориса, но не успел. Надеюсь, мой друг, вы исполните желание отца.]
Пьер, ничего не понимая и молча, застенчиво краснея, смотрел на княгиню Анну Михайловну. Переговорив с Пьером, Анна Михайловна уехала к Ростовым и легла спать. Проснувшись утром, она рассказывала Ростовым и всем знакомым подробности смерти графа Безухого. Она говорила, что граф умер так, как и она желала бы умереть, что конец его был не только трогателен, но и назидателен; последнее же свидание отца с сыном было до того трогательно, что она не могла вспомнить его без слез, и что она не знает, – кто лучше вел себя в эти страшные минуты: отец ли, который так всё и всех вспомнил в последние минуты и такие трогательные слова сказал сыну, или Пьер, на которого жалко было смотреть, как он был убит и как, несмотря на это, старался скрыть свою печаль, чтобы не огорчить умирающего отца. «C"est penible, mais cela fait du bien; ca eleve l"ame de voir des hommes, comme le vieux comte et son digne fils», [Это тяжело, но это спасительно; душа возвышается, когда видишь таких людей, как старый граф и его достойный сын,] говорила она. О поступках княжны и князя Василья она, не одобряя их, тоже рассказывала, но под большим секретом и шопотом.
В Лысых Горах, имении князя Николая Андреевича Болконского, ожидали с каждым днем приезда молодого князя Андрея с княгиней; но ожидание не нарушало стройного порядка, по которому шла жизнь в доме старого князя. Генерал аншеф князь Николай Андреевич, по прозванию в обществе le roi de Prusse, [король прусский,] с того времени, как при Павле был сослан в деревню, жил безвыездно в своих Лысых Горах с дочерью, княжною Марьей, и при ней компаньонкой, m lle Bourienne. [мадмуазель Бурьен.] И в новое царствование, хотя ему и был разрешен въезд в столицы, он также продолжал безвыездно жить в деревне, говоря, что ежели кому его нужно, то тот и от Москвы полтораста верст доедет до Лысых Гор, а что ему никого и ничего не нужно. Он говорил, что есть только два источника людских пороков: праздность и суеверие, и что есть только две добродетели: деятельность и ум. Он сам занимался воспитанием своей дочери и, чтобы развивать в ней обе главные добродетели, до двадцати лет давал ей уроки алгебры и геометрии и распределял всю ее жизнь в беспрерывных занятиях. Сам он постоянно был занят то писанием своих мемуаров, то выкладками из высшей математики, то точением табакерок на станке, то работой в саду и наблюдением над постройками, которые не прекращались в его имении. Так как главное условие для деятельности есть порядок, то и порядок в его образе жизни был доведен до последней степени точности. Его выходы к столу совершались при одних и тех же неизменных условиях, и не только в один и тот же час, но и минуту. С людьми, окружавшими его, от дочери до слуг, князь был резок и неизменно требователен, и потому, не быв жестоким, он возбуждал к себе страх и почтительность, каких не легко мог бы добиться самый жестокий человек. Несмотря на то, что он был в отставке и не имел теперь никакого значения в государственных делах, каждый начальник той губернии, где было имение князя, считал своим долгом являться к нему и точно так же, как архитектор, садовник или княжна Марья, дожидался назначенного часа выхода князя в высокой официантской. И каждый в этой официантской испытывал то же чувство почтительности и даже страха, в то время как отворялась громадно высокая дверь кабинета и показывалась в напудренном парике невысокая фигурка старика, с маленькими сухими ручками и серыми висячими бровями, иногда, как он насупливался, застилавшими блеск умных и точно молодых блестящих глаз.
Еще есть постоянный поток частиц в виде солнечного ветра, непредсказуемые солнечные вспышки, корональные выбросы массы. Все они попадают под определение «космической погоды».
Пятна на Солнце
В ходе изучения поверхности Солнца на ней можно заметить небольшие темные области. Они различаются по размерам и месторасположению. Как правило, эти пятна сосредоточены в областях выше и ниже экватора. Они образуются в результате взаимодействия плазмы на поверхности Солнца с магнитным полем.
Солнечные пятна – это области на Солнце, температура которых значительно ниже в сравнении с другими участками. Температура в данных областях достигает 3 527 градусов по Цельсию, что почти на 1 727 градусов меньше, чем на остальных участках Солнца. Однако не позволяйте цифрам себя обмануть. Если бы нам представилась возможность созерцать на ночном небе одно солнечное пятно, оно сияло бы в 10 раз ярче полной луны. Если же сравнивать с Солнцем, диаметр которого составляет 1 392 млн километров, солнечные пятна могут показаться небольшими по величине. Как правило, данные области занимают менее 4% видимого диска Светила. Они соизмеримы с диаметром Нептуна, самой маленькой из газовых планет. Однако продолжительность жизни солнечных пятен вне зависимости от места расположения не превышает нескольких недель.
Солнечный цикл, под которым понимается цикл солнечной активности, длится 11 лет. Последний солнечный цикл начался в январе 2008 года и достиг своего пика в 2013. Несмотря на низкий уровень солнечной активности, крупнейшее солнечное пятно за всю историю ученые наблюдали в ноябре 2014 года. Оно было соизмеримо с Юпитером.
Солнечные вспышки
Интенсивные магнитные поля в областях возникновения солнечных пятен также приводят ко взрывам, известным как солнечные вспышки. Энергия при этом высвобождается наружу с силой, превышающей энерговыделение миллионов водородных бомб.
Температура внешней части солнечной атмосферы, известной как корона, в момент солнечных вспышек, как правило, достигает нескольких миллионов К. Когда солнечные вспышки минуют корону, они нагревают газ до 10-20 млн K, иногда данный показатель достигает ста миллионов К. По данным НАСА, энергия, которая выделяется при солнечной вспышке «эквивалентна энергии, выделяемой при одновременном взрыве миллиона 100-мегатонных водородных бомб».
Крупнейшие солнечные вспышки оказывают значительное влияние на Землю. Они могут вызвать длительные радиационные бури в верхних слоях атмосферы и стать причиной прекращения радиосвязи. Средние вспышки могут также вызвать кратковременное прекращение радиосвязи в полярных регионах и иногда незначительные радиационные бури.
Корональные выбросы массы
Во время солнечных вспышек магнитная энергия, которая накапливается в активных областях на Солнце, в большей части реализуется в виде электромагнитного излучения. Во время корональных выбросов массы она расходуется на то, чтобы ускорить массы вещества в солнечной коре.
Как и солнечные вспышк, корональные выбросы масс повышают радиацию во внешних слоях земной атмосферы, влияя на космонавтов и радиосигналы. Однако в отличие от вспышек, они также приносят заряженные частицы материи, которые взаимодействуют с полем, окружающим нашу планету. Результаты такого взаимодействия могут варьироваться в зависимости от размера, скорости и магнитной силы данных частиц.
