Слънчевите бури са важни за образуването на полярни сияния, известни още като Северно сияние, едно от най-вълнуващите природни явления. Това красиво радиационно събитие се появява, когато частици от слънчевия вятър, ускорени от слънчевите бури, взаимодействат с магнитното поле и атмосферата на Земята.
Така работи:
Взаимодействие с магнитното поле
Когато слънчевите частици (предимно протони и електрони) достигнат Земята, те следват линиите на магнитното поле към полюсите, където има по-малко магнитно поле и следователно могат да проникнат в атмосферата.
Сблъсъци с атмосферни частици
В полярните региони слънчевите йони се сблъскват с молекули кислород или азот, които са част от атмосферните газове на Земята. Тези сблъсъци водят до възбудено състояние на газовите молекули, което означава, че някои електрони в тези молекули могат временно да преминат на по-високи енергийни нива.
Излъчване на светлина
След кратко време, възбудените електрони в атмосферните молекули се връщат обратно на първоначалното си енергийно ниво, наблюдавайки излъчване на светлина. В зависимост от различните видове газове и височината, на която е настъпил сблъсъкът; тази светлина може да бъде зелена, червена, синя или виолетова. По-специално, кислородът излъчва предимно зелено-червени светлини, докато азотът излъчва синкаво-виолетови светлини.
Визуална презентация
Точно заради тези взаимодействия се получава великолепно светлинно шоу, наречено Aurora Borealis, което се случва в нощното небе. То най-вече се наблюдава около полярните региони поради близостта им до магнитните полюси, но понякога по време на интензивни слънчеви бури; може да бъде наблюдавано дори и на по-ниски ширини.
Така че, слънчевата буря не само инициира полярни сияния, но също така влияе на тяхната интензивност, както и на региона, в който се появяват. Чрез наблюдение на слънчевите бури е възможно да се предскаже кога и къде точно полярните сияния ще станат видими.
Слънчевите бури са интензивни явления на космическото време, произтичащи от сложното взаимодействие между повърхността на Слънцето и околната плазмена среда (магнитни полета). Те се проявяват в различни форми, като избухвания, известни като коронални масови изхвърляния (CME) и бърз слънчев вятър.
Следващото разкрива как всяко от тези явления допринася за слънчева буря:
Слънчеви избухвания
Слънчевите избухвания са внезапни, интензивни експлозии на повърхността на Слънцето, които излъчват големи количества електромагнитна радиация, включително светлина, радиовълни и рентгенови лъчи. Това се случва, когато магнитната енергия, съхранявана в атмосферата на Слънцето, бъде внезапно освободена. Понякога тези избухвания може да отнемат само минути до часове, преди да достигнат Земята, което пречи на радиосистемите за комуникация или дори причинява директни повреди на сателитното оборудване.
Коронални масови изхвърляния (CMEs)
CMEs са масивни облаци, изпълнени с електрически заредени частици, изхвърляни в космоса от слънцето. Те са способни да пренасят няколко милиарда тона коронален материал, докато пътуват със скорост от няколко стотин километра в секунда до няколко хиляди километра в секунда. При достигане на Земята те могат да доведат до геомагнитни бури, които създават електрически токове в атмосферата на Земята и на нейната повърхност, водещи до сривове на електропреносната мрежа, както и до прекъсвания в комуникационните и навигационни системи.
Увеличен слънчев вятър и потоци от частици
Слънцето постоянно освобождава електрически заредени частици, наречени слънчев вятър, в космоса. С редовни промени в тяхната плътност или скорост, особено свързани с CMEs, ефектите върху магнитното поле на Земята могат да бъдат усилени, което води до по-голяма геомагнитна активност.
Ефекти от космическото време
Всички тези процеси заедно могат да повлияят на йоносферата и магнитното поле на Земята, произвеждайки няколко въздействия от космическото време, като например аврори, изкривявания на радиовълни, опасности за астронавтите в космоса и потенциални проблеми за наземните електрически мрежи. Важно е да се следят и предсказват слънчевите бури, за да се минимизира техният ефект.
Опасности от слънчеви бури
Слънчевите бури водят до различни последствия на Земята, някои от които са опасни, особено за съвременната технология и инфраструктура. Затова ще разгледаме как слънчевите бури могат да ни повлияят.
Комуникационни системи или навигация
Силните слънчеви ветрове могат да нарушат радиокомуникациите, както и GPS сигналите. Това е особено важно за въздушния и морския транспорт, когато точните комуникации и навигация са жизненоважни за безопасността.
Спътници
Слънчевата активност може да увеличи обема на атмосферата около Земята, повишавайки съпротивлението на спътниците в ниска орбита, което може да доведе до промяна на тяхната орбита или дори до изгаряне при повторно навлизане в атмосферата. Освен това, слънчевите ветрове повреждат електрониката и слънчевите клетки на спътниците.
Електрически мрежи
Най-сериозното възможно последствие от слънчевата буря е нейното въздействие върху електрическите мрежи. Комбинацията от магнитното поле на Земята с соларни частици, наречени геомагнитни бури, може да индуцира ток в голям мащаб електрическите мрежи, което води до претоварване на трансформатори и дълготрайни прекъсвания на електричеството.
Излъчване
На високи ширини, където астронавтите пребивават по време на полети, има увеличено излъчване поради слънчевата активност, което допълнително увеличава риска от радиационно излагане, изискващо специални мерки за защита на тези, които са изложени на такива условия.
Щети от космическото време
Въпреки че визуално са впечатляващи, аврорите също могат да индикират геофизично събитие, причинено от слънчеви бури.
Въпреки че екстремните слънчеви бури не се случват достатъчно често, учените и инженерите все пак следят дейностите на нашето слънчево съседство, за да могат да предсказват рисковете предварително, намалявайки ги, ако изобщо се случат.
Например, Службата за космическо време на NOAA разполага с системи за ранно предупреждение, насочени към подготовка на хората за предстоящи слънчеви бури.
Вече е имало някои значителни инциденти, свързани с последствията от явленията на космическото време, които влияят на Земята, включително повредена инфраструктура и технологии. Ето няколко:
Квебек, Канада през 1989 г.
Най-известният случай на щети от слънчева буря се случи на 13 март 1989 г., когато мощна слънчева буря предизвика геомагнитна буря на Земята. В резултат на това се появиха огромни токове в хидроелектрическата станция Hydro-Québec в Канада, което доведе до сериозни прекъсвания на електричеството. В продължение на девет часа повече от шест милиона души останаха без електричество.
Швеция през 2003 г.
По време на една от най-големите слънчеви бури, регистрирани някога – известна и като Хелоуинските бури заради тяхното възникване през октомври 2003 г. – шведските електрически мрежи преживяха сериозни проблеми с трансформаторите, водещи до прекъсвания на електричеството и проблеми с предаването на мрежата.
Повреди на сателити
Някои сателити са били унищожени или са се провалили поради увеличаване на слънчевата активност с времето. Такива повреди включват прекъсвания в комуникацията, както и къси съединения и електронни повреди от заредени частици в космоса.
Влияние върху въздушния транспорт
Тези събития могат да повлияят на авиационните процеси, особено за полетите до полюсите, които са изложени на по-високи нива на космическо излъчване, което ги прави по-уязвими на прекъсвания в комуникацията и навигацията.
Въпреки че са редки, такива събития подчертават необходимостта от наблюдение на слънчевата активност, както и предприемане на необходимите предпазни мерки за нашата критична инфраструктура, както е видно от отговорните заинтересовани страни в различни нации, които целят да намалят възможните бъдещи въздействия, като по този начин направят електрическите мрежи и техническите системи по-устойчиви.
През 1859 г. имаше най-голямата слънчева буря, регистрирана някога, известна като Събитието на Карингтън. Тази много силна магнитна буря беше докладвана и наречена от британския астроном Ричард Карингтън, който видя огромни слънчеви изригвания.