Космическая погода может ухудшиться в ближайшие десятилетия: солнечные вспышки и выбросы будут чаще терзать нашу планету. Это может отразиться на земных технологиях, включая спутники и электросети, однако некоторые последствия — напротив, окажутся положительными.
Текущий солнечный цикл, 25-й с начала наблюдений, похоже, достиг своего пика, и теперь активность светила должна постепенно снижаться. Однако передышка будет недолгой — из-за малоизвестной особенности нашей звезды ее следующие циклы обещают быть более бурными.
Почему ученые считают, что космическая погода станет более суровой?
В Национальном центре атмосферных исследований США (NCAR) проанализировали спутниковые данные о плотности энергичных частиц вокруг Земли за десятилетия, результатами чего поделились в Space Weather. Эти заряженные протоны в основном приходят от Солнца в виде солнечного ветра и удерживаются магнитным полем Земли в так называемом радиационном поясе Ван Аллена. Измерения показали, что за последние 45 лет плотность этих частиц увеличивалась, достигнув пика в 2021 году, вскоре после последнего солнечного минимума. С выходом нынешнего цикла на максимум она начала снижаться.
Эти данные указывают на малоизвестный феномен, скрывающийся за 11-летним циклом солнечной активности — квазивековой цикл Гляйсберга, названный в честь его первооткрывателя, немецкого астронома Вольфганга Гляйсберга. Анализируя записи солнечной активности, в 1958 году он заметил, что сила отдельных циклов (определяемая по числу солнечных пятен) со временем меняется, следуя примерно 100-летнему паттерну. Другими словами, то, что один цикл сильнее другого, — не случайность, за этим стоит нечто более глубокое.
«Обычно в течение четырех солнечных циклов активность Солнца растет. Затем она достигает пика и снижается в течение следующих четырех циклов», — объясняет бывший исследователь NCAR Калвин Адамс.
Ученые не знают, что вызывает этот скрытый паттерн, но последние спутниковые измерения плотности высокоэнергетических протонов вокруг планеты позволяют предположить, что цикл Глейссберга, возможно, достиг своей низшей точки.
«Это означает, что следующие солнечные циклы будут более активными», — отмечает Адамс.
Обратный тренд
Во время более активных солнечных циклов магнитное поле Солнца сильнее запутывается, что приводит к увеличению количества солнечных пятен, вспышек и выбросов горячей плазмы из внешней атмосферы Солнца (корональных выбросов массы, или CME). И вспышки, и CME возникают, когда плотные, перекрученные магнитные линии над солнечными пятнами разрываются и пересоединяются.
Хотя CME — главный источник заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли, связь между плотностью этих протонов и силой солнечного цикла парадоксальна: вместо того чтобы увеличиваться при более частых CME, плотность высокоэнергетических протонов снижается, когда Солнце активнее. Адамс объяснил это влиянием малоизвестных побочных эффектов космической погоды на атмосферу Земли: «При большей солнечной активности в атмосферу поступает больше тепла и энергии. Если атмосфера получает больше тепла и энергии, она расширяется. По мере расширения атмосферы протоны сталкиваются с ней и в конечном итоге рассеиваются».
По словам Адамса, последний солнечный максимум вызвал такое расширение. Последующее снижение плотности протонов было зафиксировано спутниками NOAA-15 и NOAA-18.
Хорошие новости
Поскольку 25-й солнечный цикл скоро ослабнет, плотность высокоэнергетических протонов вокруг планеты снова возрастет. Однако долгосрочные данные показывают, что из-за 100-летнего цикла Гляйсберга Солнце в целом останется более активным, чем в последние четыре десятилетия. Это означает, что в долгосрочной перспективе атмосфера Земли будет оставаться более горячей и, как следствие, пропускать больше высокоэнергетических протонов.
Это хорошая новость для спутников на орбите, так как они будут подвергаться менее интенсивному радиационному воздействию, которое со временем повреждает электронику и вызывает сбои. Астронавты на МКС также получат меньшие дозы канцерогенного излучения, что сделает пилотируемые полеты в ближайшие десятилетия менее опасными для здоровья.
Проблема
Но есть и проблема. Несмотря на общее снижение плотности протонов на орбите Земли, солнечные бури станут чаще и, вероятно, разрушительнее. Они создают хаос на орбите несколькими способами. Резкий нагрев атмосферы при ударе CME увеличивает плотность газа вокруг Земли, повышая сопротивление для спутников на низких орбитах. В результате они теряют высоту и вынуждены использовать двигатели для возвращения, иначе рискуют преждевременно сойти с орбиты.
Один из таких мощных солнечных штормов обрушился на Землю в мае прошлого года, вызвав «массовую миграцию» спутников. Тысячи аппаратов одновременно потеряли высоту, и наземным службам пришлось срочно поднимать их на более высокие орбиты, чтобы спасти миссии. В этот момент риск столкновений на орбите был особенно высок, так как у операторов не было времени на тщательные расчеты.
«Беспокойство по поводу роста солнечной активности определенно есть, — признал Адамс. — С момента последнего максимума цикла Гляйсберга мы создали огромное количество технологий, включая спутники и электросети. Но не все так плохо. Наше исследование показывает, что в периоды затишья космической погоды окружающая среда в целом должна стать безопаснее».
