Что будет, если крупнейшая зарегистрированная на Земле магнитная буря произойдет сегодня?

В 1859 году британский астроном Ричард Каррингтон увидел взрыв белого света на поверхности Солнца. Это было Каррингтонское событие, как его теперь называют ученые, и оно является крупнейшей зарегистрированной солнечной бурей за всю историю наблюдений. Она была связана с необыкновенными полярными сияниями – северным и южным – которые были видны на небе вблизи полюсов и экватора, повсюду от Канады до Австралии. Огромная солнечная вспышка также вызвала перебои в электроснабжении от Парижа до Бостона.

Хотя Каррингтонское событие может показаться историей, есть много опасений по поводу того, что оно может повториться. Что будет, если такое же мощное событие, как Каррингтонское, или даже более мощное, чем Каррингтонское, произойдет на Земле сегодня, когда человечество гораздо больше зависит от электричества.

Событие Каррингтона 1859 году

В четверг, 2 сентября 1859 года, примерно в 11.18 утра в городке Редхилл под Лондоном Каррингтон исследовал группу темных пятен на Солнце, когда он обнаружил то, что позже описал как «единичную вспышку света, которая продолжалась около пяти минут».

Это была первая солнечная вспышка, которую когда-либо видели и о которой сообщалось. Магнитные датчики в обсерватории Кью в Лондоне зафиксировали необычные магнитные возмущения на Земле с 28 августа по 7 сентября того года, особенно 28 августа и 2 сентября. Они совпали с самыми интенсивными полярными сияниями за последние 160 лет, отмечается в исследовании 2016 года.

«Светящиеся волны накатывали быстрой чередой до самого зенита, причем яркость некоторых из них была достаточной, чтобы отбрасывать на землю ощутимые тени», – сообщала лондонская газета «Таймс» 6 сентября 1859 года.

Атмосферные явления были настолько яркими, что люди в Миссури могли читать при атмосферном свете после полуночи. А золотодобытчики в Скалистых горах просыпались и готовили кофе, бекон и яйца в час ночи по местному времени, думая, что солнце взошло пасмурным утром.

Северное и южное сияния обычно появляются вблизи полюсов планеты. Однако во время Каррингтонского события люди наблюдали сияние в тропиках, в том числе на Кубе, Ямайке и Панаме.

Сияния также наблюдались в Южном полушарии. Например, в Моретон-Бей в Австралии.

«Большинство наших читателей видели на прошлой неделе в течение трех ночей начинавшиеся после захода солнца и озарявших небеса великолепным красным оттенком, южное сияние», – сообщала газета Moreton Bay Courier 7 сентября 1859 года.

Тем временем на телеграфных линиях наблюдалось «одно из самых поразительных и необычных электрических явлений», когда «избыток электричества в воздухе» позволил телеграфным аппаратам отправлять сообщения из Нью-Йорка в Питтсбург без помощи батарей, писала Washington Star в 1859 году.

Согласно сообщению The Illustrated London News от 24 сентября 1859 года, из телеграфных аппаратов в Париже летели искры, и телеграфист Фредерик Ройс в Вашингтоне сообщил, что получил «очень сильный удар током, который на мгновение оглушил» его:

«Старик, сидевший напротив меня и всего в нескольких футах от меня, сказал, что видел, как из моего лба выскочила огненная искра», – цитировала Ройса The New York Times 5 сентября 1859 года.

В целом, согласно исследованию 2016 года, Каррингтонское событие затронуло почти половину телеграфных станций в Соединенных Штатах.

Что вызвало событие Каррингтона?

«Солнечные вспышки, крупнейшие взрывные явления в Солнечной системе, представляют собой интенсивные извержения плазмы и радиации, связанные с солнечными пятнами. Солнце вызывает солнечные вспышки, когда магнитная энергия, накапливающаяся на нашей звезде, внезапно высвобождается», – пишет Хью Хадсон, физик-солнечник из Университета Глазго в Шотландии, в исследовании 2021 года, опубликованном в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics.

Солнечные вспышки часто сопровождаются выбросом гигантских пузырей солнечного материала, известных как корональные выбросы массы. Эти извержения могут содержать миллиарды тонн плазмы – облака электрически заряженных частиц – которые могут мчаться со скоростью миллионы миль в час.

По оценкам Хадсона, сделанным в исследовании 2021 года, излучение вспышки Кэррингтона, вероятно, содержало энергии примерно равной 10 миллиардам ядерных бомб мощностью 1 мегатонна.

Событие Каррингтона вызвало геомагнитную бурю на Земле, отметил Хадсон в своем исследовании.

Взрыв, вероятно, вызвал выброс корональной 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 течь по силовым линиям магнитного поля планеты и врезаться в молекулы в атмосфере Земли, что приводит к полярным сияниям.

По данным NOAA (Национального управления океанических и атмосферных исследований США), солнечные вспышки также могут вызывать интенсивные электрические токи в магнитосфере. Эти токи, в свою очередь, могут вызвать магнитные возмущения на Земле, которые могут вызвать электрические токи в длинных участках электропроводящего материала, таких как линии электропередач, телекоммуникационные кабели и трубопроводы.

Геомагнитные бури способны посеять хаос на Земле. По данным НАСА, в 1989 году геомагнитная буря за 90 секунд обесточила всю канадскую провинцию Квебек, оставив 6 миллионов потребителей в темноте на 9 часов. Она также повредила трансформаторы на расстоянии до Нью-Джерси – включая один на атомной электростанции – и почти вывела из строя энергосистемы США от Восточного побережья до Тихоокеанского Северо-Запада.

Геомагнитные бури также могут нарушить радиосвязь и GPS-навигацию, так как деформируют атмосферу таким образом, что изменяют траектории радиосигналов, отметили в NOAA. Например, буря Хэллоуин 2003 года помешала Федеральному управлению гражданской авиации обеспечить GPS-навигацию в течение примерно 30 часов, согласно исследованию, проведенному в 2011 году.

Солнечная плазма также может нагревать верхние слои атмосферы планеты, заставляя их разбухать и потенциально тянуть вниз спутники на низкой околоземной орбите, заявили в NOAA.

К чему привело бы событие Каррингтона сегодня?

Мир стал гораздо более зависимым от электричества, чем в то время, когда произошло событие Каррингтона. Если бы такая же мощная солнечная вспышка, направленная на Землю, произошла сейчас, она могла бы нанести беспрецедентный ущерб.

Например, в исследовании 2013 года британского страхового гиганта Lloyd's of London было подсчитано, что отключение электричества в результате события уровня Кэррингтона может привести к потере до 2,6 триллиона долларов США только только для энергетической отрасли Северной Америки. Исследование также показало, что глобальные отключения электроэнергии могут длиться до нескольких лет, поскольку такое событие может одновременно повредить множество трансформаторов сверхвысокого напряжения, которые трудно заменить. Это, в свою очередь, может привести к серьезным сбоям в работе финансовых рынков, банковского дела, телекоммуникаций, деловых операций, аварийных и больничных служб, перекачки воды и транспортировки топлива и продуктов питания.

Однако, хотя Каррингтонское событие было мощным, «с тех пор мы видели сопоставимые события», сказал Хадсон. Например, две так называемые хэллоуинские солнечные вспышки 2003 года, возможно, излучили сопоставимое количество энергии, что и событие Каррингтона.

Хадсон предположил, что солнечная вспышка уровня события Кэррингтона может представлять не такую большую угрозу для человечества, как некоторые опасаются. Тем не менее, событие Каррингтона, направленное на Землю сегодня, «окажет существенное влияние, в основном на деятельность человека в космосе».

«У нас нет большой практики для такого события, потому что космические средства еще не подвергались воздействию события такого масштаба», – сказал Хадсон.

Кроме того, есть доказательства того, что Солнце может быть способно на «сверхвспышки», которые могут высвободить в 10 раз и более больше энергии, чем Каррингтонское событие. Например, в исследовании, опубликованном в 2021 году в Astrophysical Journal, ученые с помощью космического телескопа НАСА «Кеплер», обнаружили, что в течение четырех лет 15 звезд, похожих на Солнце, выпустили 26 сверхвспышек, в 100 раз превосходящих по мощности Каррингтонское событие.

Более того, ученые, анализирующие кольца деревьев, обнаружили свидетельства радиоактивных атомов углерода-14 – которые имеют на два нейтрона больше в ядре, чем обычные атомы углерода – от солнечных взрывов. Всплески углерода-14, наблюдавшиеся в 660 году до нашей эры, 774 и 994 годах нашей эры, могли быть вызваны сверхвспышками, которые были значительно сильнее, чем Каррингтонское событие, сказал Хадсон.

«Примечательно то, что даже событие Каррингтона являются более слабыми и не обнаруживается методом определения углерода-14, – сказал Хадсон в электронном письме. – Так что эти древние записи являются зловещими».

Когда произойдет следующее событие Кэррингтона?

Исследование Астрофизического журнала 2021 г. анализ данных Кеплера показал, что супервспышки примерно в 10 раз более мощные, чем событие Кэррингтона, могут происходить примерно каждые 3000 лет, а примерно в 100 раз более мощные – примерно каждые 6000 лет. Тем не менее, скорость, с которой наше Солнце, в частности, может испускать вспышки, подобные Кэррингтону, или более мощные, «не очень хорошо изучена», сказал Хадсон.

Когда дело доходит до солнечных взрывов, которые могут высвобождать крупные всплески атомов углерода-14, наблюдаемые в годичных кольцах деревьев, ученые сейчас знают по крайней мере о полудюжине «разбросанных по временной шкале 10 000 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, произойдет то, что должно произойти».