Солнце — космический убийца Земли
Солнце — источник жизни на Земле, но именно оно может убить человечество. Супервспышки способны вывести из строя спутники и наземную электронику, погрузив планету в хаос глобального блэкаута. Также наша звезда может серьезно повлиять на климат — например, спровоцировать новый ледниковый период. Про вред ультрафиолета знают все, чего не скажешь про угрозы космической погоды.
Вспышки, замеченные человеком
1 сентября 1859 года английский астроном Ричард Кэррингтон заметил, что от Солнца отделились два ослепительных шара, которые быстро росли. Мощная вспышка привела к выбросу огромного облака плазмы. Она врезалась в магнитосферу Земли и спровоцировала мощнейшую магнитную бурю в истории! Ночь над Америкой и Европой стала днем. Было светло от всполоха северного сияния. Казалось, что города охвачены пламенем. Пропадало электричество, вышел из строя телеграф. Из аппаратов сыпались искры, поджигая бумагу. Многие тогда подумали, что наступил конец света.
Событие Кэррингтона стало ярким примером того, какую опасность Солнце может представлять для человеческой цивилизации. Сегодня, когда электричество проникло во все сферы жизни, последствия подобной солнечной бури могли бы быть куда более масштабными!
Например, 13 марта 1989 года на Солнце произошла далеко не самая мощная вспышка. Тем не менее вся провинция Квебек на девять часов погрузилась во тьму. В системе электроснабжения возникли индукционные токи, которые пережгли трансформаторы. Миллионы людей остались без света.
А если представить, что магнитная буря будет в несколько раз сильнее? Тогда человечеству грозит глобальный блэкаут. В условиях, когда электроника контролирует буквально все: промышленность, финансы, медицину, безопасность, оборонные технологии — такое событие приведет к самым непредсказуемым последствиям, от масштабного экономического кризиса до начала ядерной войны. Конечно, с тех пор было вложено много миллиардов долларов в защиту сетей от перегрузок. Но случись на Солнце супервспышка, человечество откатится на десятки лет назад в своем развитии. В один момент мы можем остаться без связи, телевидения и многих других важных технологий.
Солнце как термоядерный реактор
Каждый день мы смотрим на солнце, но едва ли понимаем, с чем имеем дело! На самом деле наше светило — это огромный термоядерный реактор, и его масса в 333 000 раз больше массы Земли. Температура на поверхности этого гигантского плазменного шара — около 5772 К, а температура ядра достигает 13 млн °С! Солнечная плазма постоянно курсирует от горячего ядра к более холодной поверхности светила. Этот эффект называется конвекцией. При этом плазма обладает хорошей электропроводностью, близкой к электропроводности металлов, поэтому, благодаря ее движению, создается магнитное поле. Это магнитное поле неоднородно и изменчиво.
«У Солнца, как у периодической звезды, есть циклы активности: примерно раз в 11 лет у нас наблюдается так называемый максимум солнечной активности, когда интенсивность магнитного поля Солнца повышена, на нем много пятен, а пятна — это области с несколько бóльшим магнитным полем», — объясняет Анатолий Петрукович, директор Института космических исследований РАН.
Как возникают солнечные вспышки?
Сильные магнитные поля затормаживают движения плазмы от ядра к поверхности: она остывает быстрее, в результате солнечные пятна примерно на 1200 °С холоднее, чем окружающие их участки. Поэтому они и кажутся нам темными, хотя все равно излучают яркий свет. Именно солнечные пятна являются областями наибольшей активности на Солнце. Если пятен появляется много, магнитные линии, проходящие внутри одной группы пятен, могут соединиться с магнитными линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка — выброс огромного количества плазмы в космическое пространство.
«Вспышка — это взрыв на Солнце. Причем взрыв колоссальной мощности, когда выделяется энергия, равная употреблению энергии человечеством за 10 млн лет! Такая энергия выделяется за 10 секунд. И вот даже на том огромном расстоянии, на котором Земля удалена от Солнца (150 млн км), последствия такого мощного взрыва, к сожалению, ощущаются», — говорит Сергей Богачев, главный научный сотрудник лаборатории «Рентгеновская астрономия Солнца» Физического института им. П. Н. Лебедева РАН.
Одно из последствий вспышек на Солнце — солнечная радиация. В околоземное пространство прилетают заряженные частицы: протоны и ионы гелия. Они представляют серьезную угрозу для космонавтов. Например, в 1972 году, когда американские астронавты высаживались на Луну, произошла мощная вспышка на Солнце. Если бы экипаж «Аполлона» не разминулся с потоком заряженных частиц, астронавты могли бы погибнуть от лучевой болезни. К счастью, с тех пор технологии шагнули далеко вперед и в наши дни экипаж МКС гораздо лучше защищен от солнечной радиации.
А вот обезопасить космическую технику от солнечной радиации до сих пор не удается в полной мере. Потоки заряженных частиц периодически выводят из строя космические аппараты и в первую очередь электронику спутников и бортовые аппараты. Ионизуя атмосферу Земли, заряженные частицы сказываются даже на качестве радиосвязи.
Сергей Богачев отмечает: «Современная микросхема при попадании в нее тяжелого иона выходит из строя гарантированно. Если такие ионы проходят потоками через спутник, вероятность уцелеть для него крайне слаба. Защита здесь в принципе невозможна. Выход из строя спутников — это событие очень серьезного плана. Заменить вышедший из строя спутник ни за день, ни за год невозможно. А если такие жизненно важные спутники выйдут из строя десятками или сотнями, на их замену потребуются десятилетия».
Геомагнитные бури
Геомагнитные бури грозят человечеству серьезными неприятностями. Так называемые солнечные штормы случаются, когда Земля оказывается на пути облака плазмы. К моменту подхода к нашей планете оно имеет огромное размеры: до миллиона километров в диаметре. Но самое главное, что эта плазма обладает собственным магнитным полем, и это магнитное поле начинает взаимодействовать с магнитным полем Земли, вызывая его колебания.
«Эти колебания, которые рождаются в космосе на большой высоте в результате колоссального события, столкновения, как по струнам добегают вниз, до поверхности Земли. По сути, любой прибор, положенный на стол, начинает чувствовать эти колебания», — рассказывает Сергей Богачев.
Такие колебания магнитных полей способны индуцировать электрические токи в замкнутых изолированных контурах большой протяженности. В первую очередь в линиях электропередач, которые как паутина опутывают всю нашу планету. Во время магнитной бури в них происходят те же процессы, что и в знаменитой рамке Фарадея из школьного опыта: если рядом с ней находится катушка, магнитное поле которой изменяется, — возникают индукционные токи.
«Колебания способны наводить токи в электрических системах, в разного рода проводах и в том числе в организме человека, где тоже есть проводящие системы: кровеносная, нервная. Собственно говоря, воздействие переменного поля на проводящие системы и составляет собой физическую основу воздействия магнитных бурь на человека, которое широко обсуждается», — уточняет Сергей Богачев.
Влияние на человека
За год мы переживаем порядка 50–60 магнитных бурь, но оказывают ли они непосредственное влияние на организм? Этот вопрос остается дискуссионным среди ученых. Но факты говорят сами за себя: во время геомагнитных бурь многие люди чувствуют себя плохо, жалуются на перепады давления, головные боли, сонливость и усталость. Во время магнитной бури происходят изменения в окружающей среде: в частности, меняется атмосферное давление. Здоровый человек это вряд ли почувствует. А вот на людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями солнечная погода может оказывать негативное влияние.
«Это доказано статистически: во время больших магнитных бурь в два раза увеличивается количество инфарктов и инсультов. Проверено в разных местах Земли! В организме человека циркулирует около 5 л крови. И когда мы сдаем анализы, в крови оценивается такая реакция, как скорость оседания эритроцитов. Была замечена четкая закономерность: этот показатель меняется в зависимости от магнитной активности», — говорит Сергей Гайдаш, руководитель Центра прогнозов космической погоды Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН).
В ИЗМИРАН был разработан перечень рекомендаций для лиц с инфарктом миокарда и артериальной гипертензией по приему различных медицинских препаратов в зависимости от геомагнитной активности, а также создан автоответчик, который круглосуточно сообщает о состоянии геомагнитного поля и дает прогноз (можно звонить по телефону 8 (495) 851–19–34). Потенциальные инсультники могут получить информацию о рисках космической погоды и с помощью врача или самостоятельно принять меры: скорректировать дозу медикаментов, обеспечить себе покой и т. д.
Недавно японские ученые выяснили, что магнитные бури повышают риск суицида среди мужчин. Такие выводы они сделали на основе анализа статистики самоубийств с начала 1999 по конец 2008 года. Была обнаружена четкая корреляция между магнитными возмущениями и суицидом среди японцев мужского пола.
Изменение климата: заморозка или потепление?
Изменения активности Солнца влияют на климат Земли. Существуют научные теории, которые прослеживают связь между супервспышками и массовыми вымираниями видов.
«Самое известное вымирание — динозавров. Но до этого были еще вымирания ранее аналогичные, которым ищут причину: то ли в резкой смене климата, то в падении метеорита. Одной из возможных причин может быть супервспышка на Солнце, энергия и масштабы которой позволили солнечному излучению проникнуть до поверхности Земли и существенно повредить, уничтожить биосферу», — рассказывает Сергей Богачев.
Ученые отмечают, что ледниковые периоды совпадали с понижением солнечной активности. Есть мнение, что в будущем светило может попросту нас заморозить —его активность снизится, и наступит новый ледниковый период.
«Ледниковые периоды совпадали с понижениями солнечной активности. В частности, был последний такой период: Маундеровский минимум. Галилей открыл солнечные пятна больше чем 300 лет назад. Их несколько десятилетий наблюдали, а потом вдруг пятна исчезли», — поясняет Владимир Кузнецов, директор ИЗМИРАН.
С 1645 по 1715 год астрономы не наблюдали солнечных пятен. Одновременно в Европе были аномально суровые зимы. В Голландии покрывались льдом каналы. Заморозки весной и даже летом привозили к гибели урожая и фруктовых садов. В ряде европейских стран начался продовольственный кризис
Ученые считают, что подобное похолодание должно повториться в будущем. Правда, назвать точный год или хотя бы век, когда стартует новый малый ледниковый период, они пока не могут.
По одной из самых пессимистичных гипотез, Солнце в конечном итоге уничтожит жизнь на Земле, подогрев ее. Незаметно для нас огромный космический термоядерный реактор разогревается — этот процесс растянут на миллиарды лет.
«Разогрев Солнца постепенно будет приводить к тому, что за каждые примерно 100 млн лет температура на Земле будет повышаться примерно на 1 градус. То есть через миллиард лет уже условия будут некомфортные для жизни. Это и повышение средней температуры на 10 градусов, и испарение воды — испаряясь, она еще больше нагреет Землю», — отмечает Леонид Ледедцов, научный сотрудник отдела физики Солнца Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга.
Некоторые ученые предсказывают нашей планете судьбу Венеры — не случайно ее называют сестрой Земли. Согласно гипотезам, на ней тоже были океаны. Но так как ее орбита лежит ближе к Солнцу, Венеру быстро захлестнул парниковый эффект: на месте океанов он оставил пустыню, покрытую облаками серной кислоты, и атмосферу, состоящую почти полностью из углекислого газа. В похожей ситуации в будущем, вероятно, окажется и Земля.
Перспектива апокалипсиса, хоть и отдаленного во времени, заставляет ученых разрабатывать план B и искать «запасную планету» — недаром США вкладывают огромные средства в марсианскую программу и всерьез говорят о колонизации космоса. Сейчас этот план спасения человечества кажется абсолютной фантастикой, но законам физики он не противоречит. Наука уже не раз доказывала, что нет ничего невозможного, а значит, есть и шанс не дать Солнцу уничтожить нашу цивилизацию.
Подробнее смотрите в передаче «Угрозы современного мира» на канале «Наука».
