В текущем 11-летнем солнечном цикле пик активности звезды начался со значительным опережением графика. Полярные сияния стали возникать далеко на юге, радуя людей даже на широте Краснодара. Ко всей этой красоте могут добавиться регулярно сгорающие в атмосфере спутники Starlink. Как выяснилось, участившиеся геомагнитные бури на сутки выводят спутники из-под контроля операторов, что может привести к столкновениям на орбите.

Источник изображения: NASA

О проблемах со множеством спутников на низкой околоземной орбите в свете участившихся геомагнитных бурь высокой интенсивности сообщил на днях на ежегодном собрании Американского геофизического союза Уильям Паркер (William Parker) из Массачусетского технологического института. Пара наиболее сильных геомагнитных бурь в этом году (одна в мае, другая в октябре) привела к беспрецедентной «массовой миграции» тысяч спутников на низкой околоземной орбите, что создает новые опасения по поводу координации космического движения.

Это явление впервые в полном масштабе проявило себя в мае. Случившийся тогда солнечный шторм на порядок, или даже больше, повысил плотность атмосферы на низкой околоземной орбите. Это привело к увеличению лобового сопротивления для спутников, и они массово начали терять высоту. Проблема здесь в том, что службы прогнозирования космической погоды не могут с большой точностью сообщить о времени начала такого явления, его силе и продолжительности. Как оказалось впоследствии, низкая точность прогноза привела к погрешностям в расчётах суточных орбит спутников Starlink на 20 км. С такой погрешностью говорить о мерах по предотвращению столкновений вообще не имеет смысла, признаются операторы. Спутники и операторы разошлись во мнении, кто где находится и что должен делать.

Проблема усугублялась незнанием величины погрешности, а принимать взвешенное решение о манёвре, можно только имея чёткое представление о происходящем.

Вторая проблема возникла вскоре после пика бури. К этому моменту множество спутников снизились так низко, что они начали автоматические манёвры по повышению индивидуальных орбит. И если 20 лет назад во время солнечной бури аналогичной силы свои орбиты вынужденно повышали 20–30 спутников в сутки, то в мае этого года в одночасье на орбите начали манёвры более 5000 спутников при допустимом уровне 300 манёвров в сутки. Похоже, нам крупно повезло, что ничего фатального не случилось. «Это стало крупнейшей массовой миграцией [спутников] в истории», — сказал Паркер.

То же самое повторилось в октябре, но уже с добавленными сотнями новых спутников Starlink, которые компания SpaceX успела запустить к тому времени. Рекорд по одновременному автоматическому маневрированию спутников на НОО обновился. В такой ситуации люди на несколько дней теряют возможность предсказывать столкновения. Остаётся полагаться на удачу. Многие операторы, кстати, не оценили ни погрешности, ни степени опасности манёвров в условиях тесноты, продолжая управлять своими спутниками как ни в чём ни бывало.

Это было бессмысленно и опасно, заключает Паркер, поскольку не соответствовало реальному положению дел. А ведь группировка только Starlink должна увеличиться до 40 тыс. спутников. Десятки тысяч запустит Китай, сотни — Россия и ЕС. С этим определённо что-то надо делать, но пока никто не предлагает что именно.

Первая задокументированная экстремальная солнечная магнитная буря в 1859 году была настолько сильной, что вывела из строя телеграфную связь в Северной Америке и Европе, вызвав местами даже пожары. Но в истории Земли такие катаклизмы были и намного мощнее — мегаэкстремальной интенсивности. Если бы такое произошло сегодня, это вызвало бы хаос во всём цивилизованном мире. Хуже всего, что оно рано или поздно произойдёт. Учёные хотят быть готовы к нему.

Выброс корональной массы 31 августа 2012 года. Источник изображения: NASA/GFSC/SDO

Можно ли подготовиться к солнечной буре невероятной интенсивности? По словам исследователей, да. Для этого необходимо, как минимум, искать признаки экстремальных солнечных бурь в прошлом, чтобы суметь верно оценить вероятность и даже признаки появления их в будущем.

В 2012 году группа учёных под руководством Фуса Мияке (Fusa Miyake) из Университета Нагои в Японии обнаружила, что экстремальные солнечные бури могут вызывать резкие изменения концентрации радиоуглерода (C14), обнаруженного в кольцах деревьев. В сочетании с подсчётом годовых колец и используя другие методы определения возраста объектов можно обнаружить признаки сильных солнечных бурь на Земле и датировать их с большой точностью.

Новое исследование не стало первой попыткой датирования солнечных бурь по годовым кольцам деревьев. Ранее группа Мияке показала, что одна из самых сильных солнечных бурь на Земле произошла в 774 году н.э., которая по своей интенсивности затмила бы геомагнитную бурю 1859 года. Связанные с этой бурей полярные сияния нашли отражения в письменных источниках того времени, что косвенно подтверждает правильность применяемой методики датирования.

Другими датами наиболее интенсивных солнечных бурь назвали 993 год н.э., 660 год до н.э., 5259 год до н.э. и 7176 год до н.э. Но самая сильная солнечная буря произошла около 14 370 лет назад, ближе к концу последнего ледникового периода. Интенсивность её была такова, что практически всем спутникам на орбите Земли выше магнитосферы точно не поздоровилось бы.

Справедливости ради следует признать, что некоторые из детектируемых событий могли быть вызваны также космическим излучением, например, гамма-вспышками от сверхновых или от других явлений. И всё же, учёные настаивают, что Солнце, как и подобные ему относительно холодные и спокойные звёзды, способно преподнести сюрприз технологически развитой цивилизации, а к такому надо готовиться заранее, чтобы минимизировать последствия. Падающие на головы спутники и тотальное отключение связи и электричества способны привести к хаосу на планете с далеко идущими последствиями.

Во вторник, 23 июля 2024 года, произошла мощнейшая в текущем цикле активности нашей звезды вспышка на Солнце. Она была класса X14 и почти в два раза превзошла по силе майскую вспышку класса X8.7, после которой полярные сияния наблюдались далеко на юге нашей страны и многих других регионах. К счастью, мощнейшая за многие годы вспышка произошла на обратной стороне Солнца, что уберегло нас от последствий.

Источник изображения: Helioviewer.org

Вспышка 23 июля сопровождалась впечатляющим корональным выбросом массы с Солнца. Это облако плазмы — заряжённых частиц, которые способны вызвать сбои в работе радиосвязи на Земле и в работе спутников вплоть до их полного повреждения и даже сходов с орбиты по причине расширения атмосферы Земли под воздействием солнечного ветра. Поскольку вспышка произошла на обратной стороне Солнца, «выстрел» КВМ ушёл в пустое пространство.

«В соответствии с классификацией GOES — это была самая крупная вспышка на сегодняшний день, — рассказал Сэмюэл Крукер (Samuel Krucker), ведущий сотрудник спектрометра и телескопа для получения рентгеновских снимков (STIX) на SolO. — Другие крупные вспышки, которые мы обнаружили, произошли 20 мая 2024 года (X12) и 17 июля 2023 года (X10). Все они произошли с обратной стороны Солнца».

Если бы породившее вспышку гигантское пятно на Солнце смотрело в сторону Земли, а это лишь вопрос синхронизации по времени вращения звезды, то нас поразила бы геомагнитная буря мощнее майской. Полярные сияния были бы видны далеко на юге. С другой стороны, могла пострадать энергетическая и другая инфраструктура на планете, в чём для индустриальной цивилизации мало хорошего. Под воздействием солнечного возмущения магнитное поле Земли приходит в движение, что вызывает наведение постоянных токов в протяжённых металлических конструкциях — рельсах, трубопроводах, линиях электропередач. Это создаёт критическую нагрузку на электронное и электрическое оборудование с риском аварий.

Вчера произошла неожиданно сильная геомагнитная буря, которой не наблюдалось за последние шесть лет. Причиной этого события стал выброс коронарной массы Солнца, который учёные пропустили. Уже по факту события интенсивность бури была повышена с уровня G2 (средняя) до G4 (сильная). Пик события пришёлся на вечер пятницы по московскому времени. Вчера северное сияние можно было наблюдать в Москве и Челябинске, а в США вплоть до южных штатов.

Источник изображения: NASA/Solar Dynamics Observatory

Максимальная активность Солнца в текущем 25 цикле 11-летней активности будет достигнута примерно через два года. Но данные наблюдений уже говорят о том, что Солнце ведёт себя заметно активнее, чем в предыдущем цикле. Это представляет определённую проблему для новой космонавтики с её многочисленными спутниковыми группировками и сотнями запусков в год. Например, вчера ожидание геомагнитной бури на 90 минут задержало запуск ракеты-носителя Electron компании Rocket Lab. И это не перестраховка. Несколько лет назад геомагнитная буря привела к потере ряда спутников компании SpaсeX.

Выброс коронарной массы Солнца — частиц солнечного вещества в виде облака плазмы — крайне тяжело наблюдать, особенно если он направлен в сторону Земли. На фоне Солнца его банально не видно, особенно если выброс КВМ происходит без вспышек на Солнце. Учёные ожидали чего-то подобного после появления на нашей звезде огромного тёмного пятна размерами с 20–30 диаметров Земли, но не смогли оценить масштаб последствий этого явления.

Источник изображения: NOAA

Как результат, через двое суток после фиксации 22 марта события на Солнце выброшенное вещество в виде высокоэнергетических частиц достигло Земли 24 марта и привело к ярчайшим полярным сияниям не только в высоких широтах планеты, но было видно вплоть до южных штатов Колорадо и Нью-Мексико. В России полярные сияния можно было наблюдать до широты Челябинска и даже южнее, что бывает очень нечасто.