Яркие полярные сияния с танцующими огнями в небе характеризуют ясные зимние ночи северной Канады. Более длинные ночи осенью и зимой также способствуют появлению большего количества полярных сияний, но зрелище лучше всего происходит за пределами городов с загрязненным светом. Впечатляющие полярные сияния позволили недавно увидеть яркие полярные сияния даже на юге Соединенных Штатов. Полярные сияния возникают в результате взаимодействия Солнца с магнитным полем Земли. Число полярных сияний увеличивается по мере того, как активность Солнца становится сильнее, приближаясь к солнечному максимуму. Возможно, это удивительно, но те же космические возмущения, которые вызывают полярные сияния, могут повлиять на наши технологии. В 1859 году геомагнитная буря — крупнейшая в истории человечества — разрушила технологические системы Земли, какими они были в то время. Названо «событием Кэррингтона» в честь Ричарда Кэррингтона, астронома-любителя, который установил связь между яркой солнечной вспышкой и последующими полярными сияниями и магнитными эффектами.
Эту связь между Солнцем и Землей признавали медленно, но теперь мы знаем, что Солнце может вызывать возмущения в околоземном пространстве, хотя кажется, что события такого масштаба, как событие 1859 года, редки. Пространство заполнено тонким горячим газом, называемым плазмой, который несет в себе магнитные поля. Земля во внешней атмосфере Солнца окружена горячей магнитной плазмой, которая проносится мимо нас со скоростью несколько сотен километров в секунду в потоке, называемом солнечным ветром. Солнце настолько массивно, что потеря солнечного ветра оказывает на него незначительное влияние, но Земля, по сравнению с ним, — всего лишь пятнышко, масса которого составляет три части на миллион. У Земли есть магнитное поле, которое защищает нас от солнечного натиска, но также отталкивается им. При определенных условиях энергия может перетекать в околоземную область от солнечного ветра, в основном накапливаясь на противоположной стороне от Солнца в виде кометоподобного «магнитного хвоста».
Это может стать нестабильным, если накапливается слишком много энергии, выбрасывая частицы в ночную атмосферу и освещая полярные сияния. Это объясняет, почему полярные сияния наблюдаются ночью: не только темно, но и солнечная энергия идет непрямым путем, сначала накапливаясь в хвосте магнитосферы. Танцующие полярные сияния также могут генерировать магнитные поля, которые достаточно сильны, чтобы их можно было обнаружить с помощью компаса, как это обнаружил почти 300 лет назад шведский астроном Андерс Цельсий. Если магнитные поля быстро изменяются, они могут повлиять на большие регионы Земли, создавая проблемы для энергетических сетей. В частности, это произошло в Северной Америке в 1989 году, в «день, когда солнце принесло тьму». Итальянский астроном Галилей систематически изучал солнечные пятна в начале 1600-х годов. Примерно 300 лет спустя американский астроном Джордж Хейл показал, что солнечные пятна обладают интенсивными магнитными полями, в несколько тысяч раз более сильными, чем земные.
За 400 лет, прошедших со времени наблюдений Галилея, мы обнаружили, что количество солнечных пятен резко меняется в течение 11-летнего цикла. Но только недавно, в космическую эпоху, мы можем описать его влияние на Землю. Магнитные поля хранят энергию, и иногда, как в хвосте магнитосферы Земли или вблизи солнечных пятен, эта энергия может трансформироваться в другие формы. В сильных полях солнечных пятен он может испускаться в виде рентгеновских лучей в виде быстрых и непредсказуемых вспышек. Солнечные пятна и вспышки находятся вблизи поверхности или светоизлучающего слоя Солнца, но материал может покинуть сильное гравитационное поле Солнца. Сгустки газа — корональные выбросы массы — могут быть выброшены в космос. Некоторая небольшая часть из них выбрасывается в сторону Земли, а полярные сияния и их магнитные эффекты возникают, когда они достигают атмосферы Земли. Они также могут вызвать усиление наших радиационных поясов, что может привести к повреждению спутников.
Подсчет солнечных пятен на поверхности Солнца позволяет нам получить общее представление о том, какие космические возмущения могут возникать по мере развития солнечного цикла. Точно так же на Земле мы можем следить за временами года и иметь общее представление о том, какие штормы вероятны. Однако в обоих случаях точный прогноз затруднен. Судя по долгосрочным тенденциям, ожидалось, что предстоящий солнечный максимум будет небольшим, как и тот, который достиг своего пика в 2014 году. Однако в следующем солнечном цикле мы уже превысили прогнозируемое количество солнечных пятен и испытали сильные магнитные бури, поэтому прогнозы, возможно, придется пересмотреть в сторону увеличения. Хотя прямое измерение спутниковых возмущений солнечного ветра дает нам предупреждение о штормовой космической погоде всего за час, мы также можем предсказать и немного дальше, наблюдая, как солнечные пятна появляются в поле зрения по мере поворота Солнца.
Один оборот Солнца занимает примерно столько же времени, сколько оборот Луны вокруг Земли, то есть месяц. Поэтому, если определенное солнечное пятно приносит большую активность, она, скорее всего, повторится примерно через месяц. Самая сильная вспышка 25-го солнечного цикла на данный момент произошла 14 декабря и стала самым мощным извержением Солнца со времен сильных штормов в сентябре 2017 года. Сильные солнечные бури случаются редко, но мы должны спокойно подготовиться к возможным воздействиям космической погоды, которые должны максимизироваться через несколько лет. Мы должны проявлять творческий подход, поскольку эффекты космической погоды могут преподнести сюрпризы. В 2022 году неожиданное нагревание атмосферы привело к гибели множества спутников. По мере того как наши знания в области космической физики постоянно совершенствуются, будет развиваться и новая наука о прогнозировании космической погоды, позволяющая нам защитить наши технологические активы. Тем временем мы можем ожидать впечатляющих полярных сияний, которые должны появиться, когда мы приближаемся к солнечному максимуму 2025 года, и лишь с умеренной и разумной степенью беспокойства по поводу потенциальных последствий космической погоды.
