Читать книгу "Смерть с небес - Филип Плейт"

Собственно, именно наблюдения за солнечными пятнами дали астрономам первый ключ к пониманию магнитного поля Солнца. Генрих Швабе наблюдал за Солнцем в начале XIX в., десятилетиями, день за днем подсчитывая количество солнечных пятен. Он обнаружил, что оно увеличивается и уменьшается с периодичностью примерно 11 лет — сегодня мы называем этот период циклом солнечной активности. На максимуме на Солнце может быть свыше сотни пятен, но на минимуме это число уменьшается практически до нуля.

В 1859 г. Швабе решил опубликовать свои результаты, и очень скоро выяснилось, что периоды пикового количества солнечных пятен совпадали с периодами пиковой геомагнитной активности на Земле, указывая на связь между солнечными пятнами и магнетизмом. В 1908 г. астроном Джордж Эллери Хейл выяснил, что магнитные поля на солнечных пятнах могут быть в тысячи раз сильнее земного, что свидетельствовало о значительных запасах энергии в тех областях.

И мы возвращаемся к равновесию. Когда магнитные силовые линии спутываются, между давлением, нарастающим за счет накопленной в них магнитной энергии, и напряжением, существующим в силовых линиях, устанавливается равновесие. Магнитные силовые линии можно представить в виде витых стальных пружин, сваленных в кучу и спутанных между собой. Пружины сжаты и стремятся распрямиться, но не могут этого сделать, потому что переплетены друг с другом. Теперь продолжим сжимать их и добавлять новые и новые пружины. При этом накапливается очень впечатляющая энергия.

Что произойдет, если взять болторез и перекусить одну из пружин?

Правильно. Лучше отойти в сторону.

То же самое происходит и в солнечном пятне — на самом деле физические процессы тут практически такие же, как и в клубке витых пружин, с аналогичными напряжением и давлением. По мере того как силовые линии все больше переплетаются и к ним добавляются новые, давление нарастает. Иногда давление сбрасывается в начале этого процесса, и тогда практически ничего не происходит. Но в других случаях оно накапливается и накапливается…

Сейчас что-то не выдержит.

В конце концов что-то действительно не выдерживает. Силовые линии вырываются из Солнца высокими, грациозными петлями, при этом один их конец является северным магнитным полюсом, а второй — южным. Если газовый поток внезапно меняет характер движения, концы линий могут сойтись или переплестись. Давление в витках нарастает, но напряжение не может компенсировать его. Линия обрывается.

В силовой линии накапливается очень большая энергия (как и в пружине). Когда она обрывается — гелиофизики называют это магнитным пересоединением, — энергия высвобождается. Огромная энергия. Титанический взрыв, но в целом он ограничен одной областью, генерируя то, что называется вспышкой.

Вспышка — знак опасности

По совпадению, первую вспышку на Солнце увидели в 1859 г. — в том же году Генрих Швабе опубликовал свое открытие цикла солнечной активности.

1 сентября 1859 г. астрономы Ричард Каррингтон и Ричард Ходжсон независимо друг от друга вели наблюдения за Солнцем. Прямо на их глазах небольшой, обычно спокойный участок солнечного диска внезапно вспыхнул, став гораздо ярче. Этот всплеск излучения длился 5 минут, и даже по сей день, возможно, является самой яркой вспышкой за всю историю наблюдений. Через несколько часов после наблюдавшейся вспышки, магнитометры (приборы, измеряющие силу и направление магнитного поля) на Земле сошли с ума, регистрируя масштабные флуктуации магнитного поля Земли.

Тогда они об этом и не подозревали, но в тот момент родилось научное направление, изучающее космическую погоду.

Они также не могли знать о том, что вспышка произошла, когда переплетенные магнитные силовые линии на поверхности Солнца внезапно выровнялись. Накопленная в них энергия выделилась, подобно взрыву бомбы — эквивалент 15 млрд единиц ядерного оружия мощностью 1 Мт, или 10 % суммарной энергии, излучаемой Солнцем каждую секунду, сконцентрированной в одной точке, — запустив высокоэнергетические фотоны (частицы света) и субатомные частицы вверх в космос и вниз на поверхность Солнца. При обычной вспышке Солнце извергает миллиарды тонн субатомных частиц со скоростями, достигающими 8 млн км/ч, — а в 2005 г. необычно мощная вспышка выбросила поток фотонов, который достиг Земли всего за 8 минут, это значит, что они двигались со скоростью, равной одной второй скорости света. Обычно субатомные частицы извергаются прямо из центра вспышки. Поэтому частицы, вылетающие вверх и наружу, как правило, не представляют проблемы для нас на Земле: их поток достаточно сильно сфокусирован, поэтому они обычно пролетают мимо и не опасны для нас.

Но, кроме частиц, извергаемых в космос, другой массивный поток частиц устремляется вниз, на поверхность Солнца. От этого газ внутри Солнца чрезвычайно раскаляется и возникает невероятно мощный световой импульс. Что ж, возможно, это не кажется серьезной проблемой; в конце концов, насколько опасным может быть свет?

Еще как может быть опасным. Но это зависит от того, какой это свет.

То, что мы называем «видимый свет», — это узкий срез гораздо более широкого спектра электромагнитного излучения. Инфракрасный свет, например, обладает меньшей энергией, чем видимый свет, а энергия радиоволн еще меньше. Ультрафиолетовый (УФ) свет обладает большей энергией, чем свет, который мы видим. Энергия рентгеновского излучения еще выше, и так далее до гамма-излучения. УФ, рентгеновское и гамма-излучение в больших количествах опасны. Каждый фотон переносит столько энергии, что может радикально изменить любой атом, с которым сталкивается, срывая с него электрон и ионизируя атом.

Вспышки излучают огромное количество такого света. И в отличие от частиц материи, извергнутых вспышкой, этот свет распространяется расходящимся пучком. Частицы, выброшенные вспышкой на кромке солнечного диска, практически наверняка не заденут нас, но любая вспышка в любом месте на видимой поверхности Солнца несет потенциальную угрозу из-за высокоэнергетического света, который она излучает.

Представьте себе вспышку на Солнце: переплетенные магнитные силовые линии над солнечным пятном внезапно разрываются, перегруппируясь и высвобождая энергию. Они локально разогревают газ до миллионов градусов, и наружу устремляется поток рентгеновского излучения.

Двигаясь со скоростью света, высокоэнергетическое излучение достигает Земли всего за восемь с небольшим минут, пройдя около 145 млн км. При этом оно обрушивается на все, что находится у него на пути: спутники, астронавтов и даже земную атмосферу.

Нас, находящихся на поверхности Земли, защищает толстый слой воздуха над головой. Но астронавты на орбите практически обнажены, ничто не закрывает их от волны фотонов. Астронавт, работающий снаружи станции и застигнутый одной единственной вспышкой рентгеновского излучения, получает дозу, эквивалентную сотне или даже тысяче рентгеновских снимков грудной клетки.