Спалахи, магнітні бурі та сонячний максимум: чого ми очікуємо від Сонця у 2025 році

Сонячний максимум

Дуже коротко нагадаємо, що у травні минулого року відбулася найбільша за останні двадцять років геомагнітна буря, спричинена послідовними викидами корональної маси (КВМ). Це принесло масштабні полярні сяйва, які поширилися так далеко, що перетнули навіть екватор. У жовтні високий рівень сонячної активності знову спричинив сильну геомагнітну бурю на Землі, що призвело до ще однієї появи сяйв далеко на півдні. Бачили їх кілька разів і в Україні. Після цієї події NASA і NOAA оголосили у спільному пресрелізі, що ми офіційно перебуваємо в періоді сонячного максимуму в рамках поточного 25-го сонячного циклу, пише 24 Канал.

Сонячна активність періодично зростає та спадає протягом 11-річного циклу. Кожен такий цикл починається й закінчується в періоди низької активності, а пік припадає на середину циклу. Періоди низької та високої активності називаються сонячним мінімумом і сонячним максимумом відповідно.

За історичним визначенням, перший сонячний цикл відбувся між 1755 і 1766 роками. Таким чином поточний цикл є 25-м з моменту початку спостережень за нашою зорею. Станом на кінець 2024 року й початок 2025-го ми перебуваємо в періоді сонячного максимуму. Однак тут варто розуміти, що конкретний сонячний максимум визначається як 13-місячний період з найвищою кількістю сонячних плям, порівняно з іншими періодами. Таким чином зробити висновок про настання максимуму можна лише постфактум, коли активність починає стійко спадати.

Проте вчені зробили заяву про настання максимуму прямо під час самого ймовірного максимуму, що вкрай здивувало інших науковців по всьому світу. Тому нам усе одно слід ставитися до цього оголошення з певним скептицизмом, оскільки остаточно сонячний максимум буде підтверджений лише тоді, коли пройде багато місяців, а можливо й навіть рік, після того, як усе закінчиться.

Що чекає на нас у 2025 році

Уже деякий час відомо, що нинішній сонячний цикл перевершив за своєю потужністю попередній, пік якого припадав на 2014 рік. Однак це, здається, лише початок, бо попереду на нас очікує щонайменше рік підвищеної активності. Крім того, вчені нещодавно зробили відкриття, яке назвали "зоною бойових дій Сонця", яка також загрожує чималими наслідками для космічної погоди й Землі.

Навіть якщо пік сонячного максимуму вже минув, про що ми ще не знаємо, 2025 рік усе одно буде роком, коли активність зменшуватиметься поступово, так само, як вона потроху наростала. Хоча точний рівень сонячної активності передбачити неможливо, очікується велика кількість сонячних плям, які з більшою імовірністю продукуватимуть спалахи. Деякі з цих спалахів можуть закінчуватися корональними викидами маси. Якщо такі викиди будуть спрямовані до Землі, то сонячна плазма буде зіштовхуватись із магнітним полем нашої планети, спричиняючи магнітні бурі.

Ці бурі, як ви могли бачити з численних матеріалів на Техно 24, відбуваються постійно, але не всі з них відчутні для нас. Геомагнітні бурі поділяють за спеціальною шкалою космічної погоди NOAA:

• G1 або незначний рівень. На цьому рівні можливі слабкі коливання в електромережі через появу незначних додаткових струмів. Але запобіжники електростанцій не повинні спрацьовувати. Вплив на роботу супутників лише незначний. Полярне сяйво на цьому рівні можливе лише на найвищих північних широтах. Мігруючі тварини здатні відчувати навіть цей найслабший вплив.
• G2 або помірний рівень. У високоширотних енергосистемах можуть виникати аварійні ситуації з напругою, тривалі шторми можуть спричинити пошкодження трансформаторів. Космічні апарати можуть потребувати коригування положення, оскільки через роздування атмосфери Землі внаслідок бурі можливе їхнє падіння з орбіти. Тут уже відчувається вплив на радіосигнали на планеті, які можуть згасати на високих широтах. Полярне сяйво спускається до 55 градусів широти.
• G3 або сильний рівень. Може знадобитися корекція напруги в енергетичних системах, можуть спрацьовувати тривожні запобіжники на деяких пристроях захисту. На компонентах супутників може виникати поверхневий заряд, а на низькоорбітальних супутниках збільшується аеродинамічний опір внаслідок роздування атмосфери, через що потрібне коригування положення в космосі шляхом увімкнення двигунів. Виникають проблеми з супутниковою навігацією та низькочастотною радіонавігацією, радіо працює з перебоями. Полярні сяйва доходять до 50 градусів широти.
• G4 або суворий рівень. Можливі широкомасштабні проблеми з контролем напруги через появу сильних додаткових струмів у мережах. Захисні системи ще частіше відключають ключові об'єкти від мережі й іще далі на південь. Можуть виникнути проблеми із зарядкою супутників та їхнім відстеженням з поверхні планети. Потрібне коригування положення. Погіршується супутникова навігація, часом на багато годин. Зникає низькочастотна радіонавігація. Полярні сяйва доходять до 45 градуса широти, тобто аж до Криму.
• G5 або екстремальний рівень. Можуть виникнути широкомасштабні проблеми з контролем напруги та захисними системами, деякі електромережі можуть зазнати повного колапсу або відключення електроенергії. Можливе пошкодження трансформаторів. На супутниках виникає поверхневий заряд, проблеми з орієнтацією, висхідним/нисхідним зв'язком та відстеженням положення. Струми в дротах можуть досягати сотень ампер, радіозв'язок може бути недоступний у багатьох районах протягом одного-двох днів, супутникова навігація може погіршитися на кілька днів, низькочастотна радіонавігація може не працювати годинами, а полярне сяйво може спостерігатися на 40 градусі широти й іще далі на південь.

Хоча сонячна активність 2024 року принесла красиві полярні сяйва, вона також мала й негативні сторони. Під час жовтневого брифінгу NASA та NOAA стало відомо, що травнева екстремальна геомагнітна буря порушила роботу супутникових навігаційних систем, що коштувало сільськогосподарській галузі, яка значною мірою покладається на автоматизацію, пів мільярда доларів лише у США. Ми писали про те, що техніка, яка працює завдяки GPS-орієнтуванню, буквально зійшла з розуму, коли не змогла визначити своє положення. Ферми були змушені зупиняти посівну кампанію, щоб перечекати бурю.

Попередня настільки екстремальна геомагнітна буря у 2003 році спричинила пошкодження електромереж у Швеції та Південній Африці. Оскільки підвищена сонячна активність триватиме у 2025 році, всі галузі, що покладаються на супутники та електромережі, залишаються в стані підвищеної готовності до потенційних сонячних впливів.

Однак усі ці події можна передбачити лише за кілька днів до їхнього початку. Річ у тім, що прогнозувати сонячну активність практично неможливо, адже наші технології недосконалі, а самі зорі – занадто складні для нашої науки. Тому ми можемо лише спостерігати за фактичними спалахами, розпізнавати викиди плазми, а потім моделювати їхню траєкторію, щоб дізнатися, чи зіткнеться КВМ із земним магнітним полем, і якими будуть наслідки.

Хай там як, але можна не сумніватися, що попереду на нас чекає чимало епічних полярних сяйв, багато геомагнітних збурень, гігантських сонячних спалахів та інших супутніх явищ. Учені кажуть, що історично великі сонячні спалахи та геомагнітні бурі частіше трапляються у фазі спаду після сонячного максимуму. Наприклад, найбільші спалахи 24-го сонячного циклу (X13.3 і X11.9) відбулися через три роки після максимуму 2014 року, у 2017 році. Торік Сонце викинуло спалах потужністю X12, однак, на наше щастя, він вибухнув з іншого боку Сонця, спрямованого від нас. У 2025 році слід очікувати чогось подібного. Якщо ми вже пройшли пік, то цей рік стане ще складнішим з погляду космічної погоди, ніж попередній.

Сонце наближається до "зони бойових дій"

Група науковців нещодавно зробила цікаве відкриття, попередивши людство, що ми швидко наближаємося до моменту, коли навіть нинішній сонячний максимум здаватиметься нам легкою прогулянкою. Експерти з космічної погоди заявили, що активність зорі не просто збережеться, а й навіть зросте після того, як сонячний максимум закінчиться, адже ми увійдемо до особливої фази сонячного циклу, що отримала назву "зона бойових дій".

Ця маловивчена фаза циклу, під час якої на Сонці з'являються гігантські корональні діри, може виявитися катастрофічною для супутників, що обертаються навколо Землі. З часу останнього сонячного циклу кількість апаратів зросла, а це означає значно вищі ризики.

На середині 11-річного циклу магнітне поле Сонця повністю міняється місцями. Але в процесі цієї зміни є певний момент, коли гігантські смуги магнітного поля вступають у щось схоже на боротьбу за вплив. Активність у верхніх шарах атмосфери зорі в цей час може збільшитися на 50%. А тривати це може аж до 2028 року.

Ці магнітні лінії називаються смугами циклу Хейла. Вони виникають на полюсах Сонця і повільно мігрують до сонячного екватора (незалежно від ширшого магнітного поля Сонця). Вчені помітили, що коли в кожній з півкуль є по одній смузі, виникає магнітний дисбаланс по всьому Сонцю зі слабшими магнітними полями поблизу екватора, що дозволяє збільшувати кількість чорних плям навколо "талії" нашої зірки. Але коли з'являється друга смуга, вона "зменшує дисбаланс" і ускладнює утворення сонячних плям.

Зона бойових дій – це новий термін для опису періоду, коли дві смуги циклу Хейла змагаються за домінування в кожній з півкуль Сонця, аж поки не виникнуть ще дві інші смуги, які врівноважать нашу зорю й унеможливлять утворення сонячних плям.

Причина того, що зона битви є потенційно більш небезпечною, ніж сонячний максимум, полягає у двох факторах:

• По-перше, кількість сонячних спалахів, що виникають на Сонці, залишається високою протягом декількох років після сонячного максимуму, а це означає, що на Землю будуть спрямовуватися стільки ж викидів, скільки й зараз.
• По-друге, це магнітне "перетягування каната" між смугами циклу Хейла призводить до утворення корональних дір — гігантських темних плям, створених магнітним полем Сонця, які пронизують сонячну корону, або зовнішню атмосферу.

Корональні діри небезпечні тим, що можуть створювати короткі та екстремальні пориви сонячного вітру — постійного фонового потоку заряджених частинок, що викидаються Сонцем в усі боки. Сонце викидає цей "вітер" весь час на фоні, але коли утворюється корональна діра, вона дозволяє зоряній плазмі витікати швидше, збільшуючи її кількість. Тому зростає навантаження на магнітне поле нашої планети, якщо така діра обернена до нас. Таким чином корональні викиди маси – це короткочасні сплески, а корональні діри є більш тривалими, але не такими потужними за своїм впливом.

Для більшості людей на Землі "зона бойових дій" становить дуже незначну загрозу. Для мисливців за полярними сяйвами це може бути навіть гарною новиною, оскільки шанси побачити епічні світлові шоу в цей період ще вищі. Однак цей період може бути дуже складним для супутникових операторів, оскільки вся ця додаткова активність може спричинити роздування верхніх шарів атмосфери. Коли це відбувається, орбітальні космічні апарати можуть відчувати додатковий опір, що змушує їх падати назад на Землю.