В 1859 году британский астроном Ричард Кэррингтон (Richard Carrington) увидел на поверхности Солнца вспышку белого света. Это было Кэррингтонское Событие (или Событие Кэррингтона), как теперь его называют учёные, которое было ничем иным как крупнейшей из когда-либо зарегистрированных солнечных бурь. Явление было связано с необыкновенными полярными сияниями — Северным и Южным сияниями, — которые были видны в небе вблизи полюсов и экватора, повсюду от Канады до Австралии. Огромная вспышка солнечного излучения также вызвала перебои в электроснабжении от Парижа до Бостона.
И хотя Событие Кэррингтона может показаться историей, существует много опасений по поводу того, что может произойти, если событие столь же мощное, как — или даже более мощное, чем — Событие Кэррингтона, обрушится на Землю сегодня, когда человечество гораздо больше зависит от электричества.
Геомагнитная буря 1859 года
В четверг, 2 сентября 1859 года, примерно в 11:18 утра в городке Редхилл под Лондоном английский астроном Кэррингтон исследовал на Солнце группу тёмных пятен, когда обнаружил то, что позже описал как «необычную вспышку света, которая длилась около пяти минут».
Согласно исследованию 2016 года, опубликованному в журнале Advances in Space Research, это была первая солнечная вспышка, которую когда-либо видели и о которой было сообщено.
Магнитные датчики в обсерватории Кью в Лондоне с 28 августа по 7 сентября того же года, особенно 28 августа и 2 сентября, тоже обнаружили на Земле необычные магнитные волнения. Они совпали с тем, что, возможно, было самым интенсивным полярным сиянием за последние 160 лет, отмечается в исследовании 2016 года.
«Светящиеся волны быстро накатывались друг за другом до самого зенита, некоторые из них были достаточно яркими, чтобы отбрасывать на землю ощутимую тень», — сообщила лондонская «Times» 6 сентября 1859 года.
Красочные отображения были настолько яркими, что люди в Миссури (США) могли читать при атмосферном свете после полуночи, согласно отчёту 1859 года в газете Weekly West. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), золотодобытчики в Скалистых горах проснулись и приготовили себе кофе, бекон и яйца в час ночи по местному времени, посчитав, что облачным утром на небе взошло солнце.
Северное и Южное сияние обычно появляются вблизи полюсов планеты. Однако во время События Кэррингтона люди наблюдали полярные сияния повсюду, в том числе в тропиках, например, на Кубе, Ямайке и в Панаме, отмечается в исследовании 2016 года.
Полярные сияния были замечены также в южном полушарии. Например, в заливе Мортон в Австралии «большинство наших читателей наблюдали на прошлой неделе в течение трёх ночей, начавшееся после захода солнца и озарившее небеса великолепным красным оттенком, южное северное сияние», согласно сообщению в газете Moreton Bay Courier от 7 сентября 1859 г., отмечается в исследовании 2016 года.
Между тем, согласно Washington Star в 1859 году, телеграфные линии испытали «одно из самых поразительных и необычных электрических явлений», когда «переизбыток электричества в воздухе» позволил телеграфным аппаратам отправлять сообщения из Нью-Йорка в Питтсбург без помощи батарей.
Согласно сообщению в The Illustrated London News от 24 сентября 1859 года, от телеграфных аппаратов в Париже полетели искры, а телеграфист Фредерик Ройс (Frederick Royce) в Вашингтоне, округ Колумбия, сообщил, что получил «очень сильный удар электрическим током, который ошеломил меня на мгновение», — сообщила The New York Times 5 сентября 1859 года. «Старый человек, сидевший напротив меня всего в нескольких футах, сказал, что видел, как из моего лба выскочила огненная искра».
В целом, согласно исследованию 2016 года, Кэррингтонское Событие затронуло почти половину телеграфных станций в Соединённых Штатах.
Что вызвало Кэррингтонское Событие?
По данным NASA, солнечные вспышки, крупнейшие взрывные явления в Солнечной системе, представляют собой интенсивные выбросы плазмы и радиации, связанные с солнечными пятнами. Солнце вызывает солнечные вспышки, когда магнитная энергия, накопленная нашей звездой, внезапно высвобождается, написал Хью Хадсон (Hugh Hudson), физик и специалист по Солнцу из Университета Глазго в Шотландии, в исследовании 2021 года, опубликованном в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics.
Солнечные вспышки часто сопровождаются высвобождением гигантских пузырей солнечного вещества, известных как корональные выбросы массы (КВМ). Эти извержения могут содержать миллиарды тонн плазмы — облака электрически заряженных частиц — которые в состоянии разгоняться до скорости в миллионы километров в час, отмечает NASA.
Исследование Хадсона 2021 года показало, что излучение Кэррингтонской вспышки, вероятно, несло энергию около 4*1032 эрг, что примерно равно 10 миллиардам ядерных бомб мощностью 1 мегатонна. Он также подсчитал, что КВМ события, вероятно, несло около 3*1032 эрг кинетической энергии.
Событие Кэррингтона вызвало геомагнитную бурю на Земле, отметил Хадсон в своём исследовании.
Взрыв, вероятно, вызвал корональной выброс массы, который обрушил на нашу планету высокоскоростные порывы перегретых плазменных облаков, в которые были встроены интенсивные магнитные поля. Когда такие вспышки врезаются в магнитосферу Земли — оболочку вокруг планеты, которая удерживает плазму, захваченную магнитным полем Земли, — эта плазма может стекать по силовым линиям магнитного поля планеты и врезаться в молекулы в атмосфере Земли, что приводит к полярным сияниям.
По данным NOAA, солнечные вспышки также могут вызывать интенсивные электрические токи в магнитосфере. Эти токи, в свою очередь, могут генерировать магнитные волнения в грунте на Земле, которые в состоянии образовывать электрические токи на длинных участках электропроводящего материала, таких как линии электропередач, телекоммуникационные кабели и трубопроводы.
Геомагнитные бури могут наносить ущерб Земле. По данным NASA, в 1989 году геомагнитная буря за каких-то 90 секунд обесточила всю канадскую провинцию Квебек, оставив 6 миллионов клиентов на 9 часов без света. Она также повредила трансформаторы, при этом даже в Нью-Джерси, в том числе один на атомной электростанции, и едва не вывела из строя электросети США — от Восточного побережья до Тихоокеанского северо-запада.
Геомагнитные бури также могут нарушать радиосвязь и GPS-навигацию, деформируя атмосферу таким образом, что в результате просто изменяются пути прохождения радиосигналов, отмечает NOAA. Например, ураган на Хеллоуин в 2003 г. примерно на 30 часов времени помешал Федеральному управлению гражданской авиации предоставлять GPS-навигацию, согласно исследованию Министерства внутренней безопасности США, проведённому в 2011 г..
Солнечная плазма также может нагревать верхние слои атмосферы планеты, вызывая их разбухание и потенциально притягивая спутники на низкой околоземной орбите, сообщает NOAA.
Что бы сегодня сделало Кэррингтонское Событие?
Сейчас мир стал намного более зависимым от электричества, чем это было, когда произошло Кэррингтонское Событие. Если бы такая же мощная солнечная вспышка, направленная на Землю, а не в сторону от нашей планеты, где она не имела бы прямых последствий для нашего мира, взорвалась бы сейчас, это могло бы нанести беспрецедентный ущерб.
Например, исследование 2013 года, проведённое британским страховым гигантом Lloyd’s of London, показало, что перебои в подаче электроэнергии в результате события уровня Кэррингтона только для энергетической отрасли Северной Америки могут привести к потере доходов в размере до 2,6 трлн. долларов. Ещё исследование показало, что глобальные отключения электроэнергии могут длиться до нескольких лет, потому что такое событие может одновременно повредить несколько трансформаторов сверхвысокого напряжения, которые трудно заменить. Это, в свою очередь, может привести к серьёзным сбоям в работе финансовых рынков, банковского сектора, телекоммуникаций, деловых операций, служб экстренной помощи и больниц, затруднить или совсем остановить перекачку воды и топлива, а также парализовать транспортировку продовольствия.
Аналогичным образом исследование 2017 года, опубликованное в журнале Space Weather, показало, что в случае самого экстремального сценария отключения электроэнергии, затронувшего 66% населения США, ежедневные внутренние экономические потери из-за сбоев в международной цепочке поставок могут составить 41,5 миллиарда долларов плюс дополнительные убытки в размере 7 миллиардов долларов. Напротив, если бы это затронуло только крайние северные штаты, в которых проживает 8% населения США, ежедневные экономические потери могли бы составить 6,2 млрд долларов США, а потери в международной цепочке поставок составили бы 0,8 млрд долларов США. (Исследование рассчитано с использованием долларов США с уровнем инфляции на 2011 год.)
Однако, хотя Событие Кэррингтона было мощным, «с тех пор мы видели сопоставимые события», — сказал Хадсон Live Science в электронном письме. Например, каждая из двух так называемых хэллоуинских солнечных вспышек 2003 г. могла излучать сравнимое количество энергии с Событием Кэррингтона.
Таким образом, Хадсон предположил, что солнечная вспышка на уровне Кэррингтонского События может представлять не такую уж и большую угрозу для человечества, как опасаются некоторые. Тем не менее, Событие Кэррингтона, если бы оно сегодня было направлено на Землю, «окажет существенное влияние, главным образом, на деятельность человека в космосе». Хадсон отметил:
«У нас не так много опыта, связанного с таким событием, поскольку космические средства ещё не подвергались воздействию события такого масштаба.»
Действительно, астронавты «Аполлона» совершали свои лунные экскурсии в разгар солнечной активности — «это было в куда меньших масштабах, но всё ещё достаточно опасно для незащищённых людей в космосе», — сказал Хадсон.
Кроме того, есть свидетельства того, что Солнце может быть способно к «супервспышкам», которые могут высвободить в 10 или даже больше раз энергии, чем Событие Кэррингтона. Например, в исследовании 2021 года, опубликованном в Astrophysical Journal, учёные, использовавшие уже выведенный из эксплуатации космический телескоп NASA «Кеплер», обнаружили, что в течение четырёх лет 15 солнцеподобных звёзд выпустили 26 супервспышек, мощность которых в 100 раз превышала мощность События Кэррингтона. Исследование же 2020 года, опубликованное в Astrophysical Journal, показало аналогичные результаты в течение первого года ещё продолжающейся миссии NASA TESS.
Кроме того, учёные, проанализировавшие годичные кольца деревьев, обнаружили свидетельства радиоактивных атомов углерода-14 от солнечных взрывов, каждый из которых содержал в своих ядрах на два нейтрона больше, чем обычные атомы углерода. Всплески углерода-14, наблюдаемые в 660 г. до н.э., 774 г. н.э. и 994 г. н.э., возможно, произошли от супервспышек, которые были значительно сильнее, чем Событие Кэррингтона, сказал Хадсон.
«Примечательно то, что даже Событие Кэррингтона или сравнительно крупные обычные события не поддаются обнаружению с помощью метода углерода-14, — сказал Хадсон в электронном письме. — Так что эти древние записи являются зловещими.»
Когда произойдет следующее Событие Кэррингтона?
Исследование за 2021 год, опубликованное в Astrophysical Journal, анализирующее данные Кеплера, показало, что супервспышки примерно в 10 раз более мощные, чем Событие Кэррингтона, могут происходить примерно каждые 3 тысячи лет, а супервспышки примерно в 100 раз более мощные могут происходить примерно каждые 6 тысяч лет. Тем не менее, скорость, с которой наше Солнце может испускать вспышки, подобные Событию Кэррингтона, или более мощные, «недостаточно хорошо изучена», — сказал Хадсон.
Когда дело доходит до солнечных взрывов, которые могут высвобождать крупные всплески атомов углерода-14, наблюдаемые в годичных кольцах деревьев, учёные теперь знают по крайней мере о полудюжине «разбросанных по всему голоцену, в масштабе времени 10 тыс. лет», отметил он. Однако «мы не понимаем, как они связаны с обычными солнечными извержениями, такими как извержение Кэррингтона, и, пока мы этого не сделаем, я боюсь, что все ставки не имеют смысла».
