Запуск спутников для изучения короны и гелиосферы космическое агентство планировало на конец февраля, но слегка запоздало. Ничего, мы подождём, а вы готовьтесь (времени за пять лет не хватило, видимо?).
Фото поляриметра 14 февраля 2025 года / NASA
Краткий обзор
Четыре крошки-спутника отправятся в космос, чтобы снимать в 3D корону Солнца. Они будут размещены на околоземной орбите, центрируясь на светиле. Каждый из них оснащён тепловизором и камерой.
С помощью такого инструмента NASA планируют изучить солнечный ветер во всех проявлениях, сделать 1000 и 1 прорыв, а также разложить по полочкам (насколько это возможно) гелиосферу. Синхронизация мини-спутников с Parker Solar Probe позволит максимально выжать полезные данные со всех ракурсов.
Многократно перекладывая запуск, в NASA, наконец, объявили, что нынешнее время запуска спутников запланировано на 2 марта, 10:09 вечера по восточному времени (9 утра по Москве, 3 марта). Запуск будет произведён с космического стартового комплекса 4 East (SLC-4E) на базе космических сил Ванденберг в Калифорнии.
Предстартовый брифинг запланирован также на 23:30 по Москве.
Обложка брифинга / NASA
Вместе с PUNCH в космос отправится телескоп SPHEREx на борту ракеты SpaceX Falcon 9.
Чего ещё ждать
PUNCH поможет в будущем лучше прогнозировать космическую погоду. Если это так (а сомневаться поводов практически нет), нас ждёт много реальных открытий. И не стоит забывать, что в этом марте также будет передача данных с Parker Solar Probe (детальнее здесь).
И хотя для Земли сейчас — фаза новолуния, для коронографа CCOR-1 всё остаётся яснее ясного, как могло бы быть на Земле в полнолуние.
CCOR-1 является компактным коронографом, который был запущен 25 июня прошлого года на спутнике GOES-19 (старое название — GOES-U) и вышел на геостационарную орбиту 7 июля. Он стал первым подобным коронографом. Его запуск был предназначен для замены устаревающих коронографов LASCO, C2 и C3.
Свои наблюдения коронограф начал 19 сентября 2024 года. Основная его деятельность — отслеживание выбросов CME из нашего светила, но вместе с этим ему удаётся «зацепить» и другие объекты: далёкие планеты, кометы, спутники, космический мусор или Луну.
Наблюдение за последней было недоступно ранее для иных коронографов из-за того, что все они находились в точке Лагранж-1 за орбитой Луны. И даже для CCOR-1 встретить Луну, всё же, является не слишком частым событием. Однако, в ближайшее время мы сможем увидеть это значительно чаще.
Полное видео прохождение Луны:
А таким было первое изображение, полученное с коронографа:
Кадр за 29 сентября 2024 / NOAA
Спутник GOES-19 пробудет в рабочем состоянии, как ожидается, приблизительно до 2040 года. Помимо функций коронографа, спутник также отслеживает погоду на Земле: бури, наводнения и прочее.
27 февраля — день рождения французского учёного Бернарда Лио, обладателя Золотой медали Королевского астрономического общества, одной из самых престижных наград в астрономии.
Бернар Лио и одна из современных фотографий короны / Коллаж: PogodaSolnce
В 1897 году в Париже родился будущий астроном Бернар Фердинанд Лио. Он окончил Высшую электротехническую школу в 1917 году и с 1917 по 1928 годы работал в Политехнической школе под руководством таких выдающихся физиков, как А. Перо и Ш. Фабри.
В 1920 году (всего в 23 года!) Лио присоединился к Парижской обсерватории, где начал свою карьеру в астрономии. Его ранние исследования были сосредоточены на изучении планет и Солнца, и именно в этот период он начал разрабатывать свои методы поляриметрических измерений.
Парижская обсерватория / Jean-Christophe BENOIST
С 1921 по 1929 год Лио стал пионером в этой области, изучив множество характеристик поверхностных слоёв и атмосфер планет. Учёный обнаружил, что породы на поверхности Луны, Марса и Меркурия по своим поляризационным свойствам близки к земным вулканическим породам. Его открытия о внутреннем кольце Сатурна, которое поляризует свет так же, как скальные земные породы, а также переменности поляризации излучения Сатурна, стали важными шагами в астрономии. Все эти наблюдения он проводил с помощью созданного им высокочувствительного полярископа.
Работа, направленная на определение состава небесных тел, привела Лио к размышлениям о том, как избавиться от ослепительного блеска солнечного диска при наблюдениях вблизи лимба (видимого края Солнца).
В 1868 году астрономы Локьер и Янссен продемонстрировали, что протуберанцы можно наблюдать, даже когда Солнце не затмевается. Однако наблюдение короны без затмения оставалось нерешённой задачей. В 1882 году астроном Хаггинс предпринял попытку решить эту проблему, но и его усилия не увенчались успехом.
Революционные подходы Лио
Бернар Лио тщательно изучил оптические условия, необходимые для устранения рассеянного солнечного света. В обсерватории он обнаружил, что рассеянный солнечный свет в точке I' от лимба Солнца не может быть уменьшен менее чем в 20 или 30 раз от света короны. Это создавало огромные сложности для наблюдений.
Однако Лио заметил, что на Пик-дю-Миди, после выпадения снега, рассеянный свет иногда становится не более интенсивным, чем свет короны на расстоянии 1' от лимба.
Используя это открытие, он разработал уникальные методы для уменьшения влияния рассеянного света, который часто возникал из-за дифракции по краю линзы объектива, царапин и пузырей на линзе, а также отражённого света от задней части линзы.
Оптические инновации
Лио установил экраны для отсечения света от различных источников рассеяния и смог сфотографировать корону. Его усилия привели к получению спектрогелиограммы в свете 5303 Å, что стало значительным достижением. Он также измерил поляризацию вокруг лимба Солнца и определил точные длины волн ряда эмиссионных линий короны, а также их ширину.
Работы Лио стали основой для будущих исследований и разработки более совершенных инструментов.
12 июля 1931 года — поворотный момент в астрономии. В обсерватории Пик-дю-Миди, расположенной в Пиренеях, Лио получил первую в истории фотографию солнечной короны, сделанную вне затмения.
Фотография, сделанная Лио в 1931 году / Bernard Ferdinard Lyot
Коронограф Лио в 1936-м году
Фотография, сделанная на коронограф Лио 19 июля 1936-го / Paris Observatory
Не одна лишь коронография
Тем не менее, учёный не ограничился изобретением коронографа. Он также разработал поляризационные фильтры, которые позволяют выделять свет с определенными характеристиками, значительно сужая полосу пропускания по сравнению с обычными фильтрами.
Эти фильтры стали незаменимым инструментом для изучения тонких деталей солнечной атмосферы.
Бернар Лио был не только выдающимся учёным, но и щедрым человеком, всегда готовым помочь коллегам. Его вклад в астрономию был отмечен престижными наградами, такими как медаль Кэтрин Брюс и медаль Генри Дрейпера. А присуждение Золотой медали Королевского астрономического общества Великобритании в 1939-м стало венцом его карьеры.
Несколько недель затишья. И снова Солнце разразилось выплесками энергии, в частности, сильной вспышкой Х2.0, равной по силе которой не было уже более месяца. На Земле она вряд ли особо отразится, правда, в будущем могут быть другие области с подобными вспышками. Всё, что важно знать сегодня, — дальше в тексте.
На солнечном диске сейчас неспокойно: более 10 регионов пятен в сравнении с ещё недавними 3—4 — это весомое «заявление». И хотя есть признаки того, что северное полушарие Солнца уже достигло пика в этом солнечном цикле, вероятно, нас ждёт очередной пик уже совсем скоро.
Солнечные пята сейчас / NASA SDO, SpaceWeatherLive
Что произошло
Cпутники на орбите в конце дня 23 февраля обнаружили сильное извержение из новой, но уже ушедшей за лимб области 4001 (см. выше, правая сторона сбоку). Коронограф LASCO смог заснять выброс из этого региона класса Х2.0.
Выброс Х2.0. / LASCO
Вспышка 23.02.2025 / SDO/AIA
Хотя вспышка не была направлена на Землю, она вызвала помехи в радиосвязи.
Кроме того, на диске есть несколько других областей, которые могут принести выплески. Это: 3996, 3998 и 4000. Ранее днём область 3998 сгенерировала две средние вспышки М1.0 и ряд небольших. Группа 4001, помимо большого всплеска, ранее изрекла М4.9 и М1.6.
Прогноз
В ближайшие 48 часов учёные оценивают вероятность новых вспышек класса Х в 10 %, вспышки класса М произойдут с вероятностью 65 %.
Кроме того, к 28 февраля стоит ожидать угнетения магнитосферы Земли, так как к нам дойдёт энергия корональной дыры. В ближайшее время в высоких и средних широтах геомагнитная буря не ожидается.
Корональная дыра 23.02.2025 / SDO/AIA
В будущем также возможны вспышки из района 4004. Из более далёких прогнозов: ожидается значительная солнечная активность в марте. Магнитозависимым — подготовиться и достать свои шапочки из фольги.
Максимум 25-го солнечного цикла породил серию солнечных вспышек и выбросов корональной массы, вызвавших геомагнитную бурю высочайшего уровня, а также полярные сияния, которые, по своей интенсивности и распространённости, превзошли все подобные за минувшие столетия. А ещё эти вспышки чуть не убили Starlink.
Полярное сияние / PogodaSolnce
Начало шторма
С 3-го по 9 мая Обсерватория солнечной динамики NASA зафиксировала 82 многозначительные солнечные вспышки, большинство из которых исходили из двух активных областей на Солнце — AR 13663 и AR 13664. Последняя была также самой «сложной» группой пятен в текущем цикле и разрослась до размеров 2400 мдп к 10 мая. Только скрывшись в другой половине солнечного диска, регион перестал «отсвечивать».
Девять вспышек были классифицированы как X-класс, включая X5.8, зафиксированную в эти дни. Однако кульминацией стала вспышка X8.7, произошедшая 14 мая 2024 года, которая считается самой мощной в солнечном цикле.
Вспышка 14 мая / SDO/AIA
В это же время к Земле устремились по меньшей мере семь корональных выбросов массы, движущихся со скоростью до 4,8 млн км/ч (у NASA это выражено как 3 млн миль в час). Выбросы достигли нашей планеты 10 мая.
Все корональные выбросы прибыли практически одновременно, и условия были как раз подходящими для создания действительно исторического шторма
— Элизабет Макдональд, научный сотрудник NASA по гелиофизике
Но одним из самых впечатляющих последствий шторма стали полярные сияния, которые наблюдались по всему миру, включая необычно низкие широты, такие как юг США и север Индии. Самые яркие сияния были видны в ночь на 10 мая, продолжая освещать небо в течение всех выходных.
Последствия
Центр прогнозирования космической погоды NOAA заранее разослал уведомления операторам электросетей и спутников, чтобы минимизировать потенциальный ущерб. Предупреждения помогли многим миссиям NASA подготовиться: некоторые космические аппараты, включая ICESat-2, перешли в безопасный режим из-за повышенного сопротивления, вызванного штормом.
Но без пострадавших всё равно не обошлось: огромные выбросы заряженной плазмы вызвали существенное нагревание атмосферы. Следуя за увеличением температуры, также увеличилась и плотность разреженного остаточного газа на высотах, где находятся спутники. Из-за этого многие из них начали терять свою орбитальную высоту, и предсказать возможные столкновения между спутниками стало практически невозможно. Более чем половине космических аппаратов пришлось одновременно менять траекторию.
Мусор
Парадоксально, но буря сыграла и «очищающую» роль. Неактивные спутники и обломки, образовавшиеся в результате прошлых запусков, начали снижаться по орбите из-за усиленного воздействия атмосферы. По оценкам специалистов, тысячи объектов космического мусора потеряли несколько километров высоты. Это способствовало их дальнейшему спуску в более плотные слои атмосферы, где они сгорели, что позволило частично уменьшить негативное воздействие мусора на орбитальную среду.
Уникальность
Учёные отмечают, что по индексу времени штормовых возмущений (Disturbance Storm Time index), который используется с 1957 года, этот шторм сравним с историческими бурями 1958 и 2003 годов. А полярные сияния, которые были видны на геомагнитной широте до 26 градусов, сделали это событие одним из самых масштабных за последние 500 лет.
Используя индекс rAp, учёные вычислили, что данное событие может случиться 1 раз на 41 год (S. Elvidge, D. R. Themens «The Probability of the May 2024 Geomagnetic Superstorm»). Однако, согласно среднему значению по индексам Dst, SYM-H, SMR, aa, ap и apo подобная буря может повториться уже через 13 лет.
«Самая задокументированная буря»
Благодаря распространённости социальных сетей, а также учитывая уровень развития технологий, тысячи людей смогли поделиться фотографиями с тех дней.
«Камеры, даже стандартные камеры смартфонов, стали гораздо более чувствительными к цветам полярного сияния, чем раньше», — пояснила Макдональд. Фотографии, собранные со всего мира, предоставили уникальную возможность для исследований, а кроме того, они сделали эту бурю одной из наиболее «задокументированных».
Протонные и электронные события, выбросы корональной массы, радиозатмения и прочие «небольшие» проблемы. Из-за чего они возникают? Часто главным виновником выступают вспышки на Солнце. Посмотрим им в лицо. Как выглядит обычная Х-вспышка силы 1.5? Или ещё более «простенькая» Х17.2? Вот пара примеров к завтраку.
Солнце где-то там / фото: Marcelo Rivas, Unsplash
Солнечные вспышки — это мощные взрывы энергии на Солнце. Не всегда можно понять, когда они произойдут: порой это логично, ведь подобные события — не редкость в солнечный максимум, а иногда и группа пятен, которая не должна была настолько «разрастись», вдруг издаёт колоссальные выбросы энергии. Для этого учёные десятилетиями изучают природу Солнца, и учатся прогнозировать подобные инциденты.
Случай особой тяжести — вспышки класса Х. Представьте себе гигантский взрыв, происходящий в солнечной атмосфере, но гораздо более сложный и масштабный, чем обычный взрыв. А теперь — ещё более гигантский взрыв, чтоб прям совсем большой.
Посмотрим на примерах.
Вспышка Х1.5 девятого марта 2011-го
С 2007-го по конец 2010 года было спокойное время «солнечного минимума» со средним количеством пятен на Солнце в районе десяти. Зато 2011-й начался красиво. Ещё 8-го марта, согласно расчётам, ожидались вспышки класса М, и всего 10 % в прогнозах указывало на возможную вспышку класса Х.
Что произошло на самом деле? Всего-то Х1.5 из региона пятен 1166, который медленно разрастался и в целом казался спокойным. В те же дни проходила магнитная буря.
Вспышка Х2.0 седьмого ноября 2004-го
Регион 696 наращивал силу несколько дней, пока, наконец, не разразился потоком энергии. Вспышка вызвала поток протонов, и группа пятен продолжила свою активность, как ни в чём не бывало, снова генерируя вспышки разной силы.
Реакция геомагнитного поля была очень сильной. Сильный шторм длился ещё несколько дней.
Вспышка Х4.9 двадцать пятого февраля 2014-го
В 2014-м регион 1990 намекал, как мог, но потом уже не мог. Так что просто скинул колоссальное количество энергии с мощной, фактически белой, вспышкой, что также вызвало выброс протонов «прямо из печи».
Интересно, что на момент вспышки регион пятен был совсем небольшим и достаточно стабильным, с а-магнитудой и размером 250 миллионных долей полушария. Неплохо для такого мальца!
Вспышка Х8.2 десятого сентября 2017-го
Что там мерцает? Это регион солнечных пятен 2673, тот ещё фрукт.
Уже находясь чуть далее западного края нашего Дажьбога, ему удалось произвести вспышку, которая была видна, несмотря на расположение. Область пятен проявляла себя и раньше, блистая в начале сентября.
Из этого же региона последовала одна из сильнейших вспышек 24-го солнечного цикла, Х9.33, днями ранее. До этого последняя вспышка класса Х была в 2015-м.
Вспышка Х10.0 двадцать девятого октября 2003-го
Одно из наибольших солнечных пятен 23-го солнечного цикла (2600 миллионных долей полушария) и его Х10.0, который совсем немножко рассеял свою энергию, и также продолжил генерировать вспышки класса Х, в особенности, в ноябре.
Энергия от коронального выброса во время взрывов в конце октября достигла Земли за рекордное время — 19 часов. Также произошло протонное событие с энергией более 10 МэВ, подобное по силе которому было лишь несколько лет назад.
И в средних, и в высоких широтах последовал сильный шторм. У кого-то подгорела яичница, а на космической станции поменяли распорядок дня из-за солнечной радиации.
…и то, что было днём ранее
В целом, регион 0486 обрёл славу чемпиона по созданию проблем (об этом также упомянуто здесь). Многие выбросы его корональной массы были направлены прямо на Землю, и из-за этого случились сбои в радиосвязи, работе спутников, системах электропитания и многом другом.
Одно из самых значительных событий в истории наблюдения за магнитным полем Земли с начала космической эры — буря 13—14 марта 1989 года. Период был нелёгкий, и буря, возникшая из-за мощной солнечной вспышки и корональной дыры, сделала не лучше.
Самый активный солнечный регион в 1989 году, «переживший» три вращения Солнца / Anita Joshi
Солнечные пятна
Мартовский геомагнитный шторм вызвал серьёзные последствия, от перебоев в работе энергосистем до нарушения радиосвязи, а ключевым виновником, при этом, была активная область солнечных пятен AR5395.
Область уже была на Солнце ранее, но под номером AR5354 (см. изображение выше). Впервые показался этот регион в феврале. Таким образом, когда регион пятен начал представлять из себя угрозу, его возраст был более месяца.
4 февраля 1989 года первая группа AR 5354 появилась в точке E80 N30. В ходе эволюции солнечные пятна совершили перераспределение магнитного поля, преобладающими оказались пятна с n/f полярностью, окружённые многочисленными небольшими пятнами s/p полярности. Всего пятен было на пике региона около 80. Регион также растянулся и приобрёл значительно большую площадь, когда пережил одно вращение Солнца. Его максимальный размер, по некоторым оценкам, был равен 3600 миллионных долей солнечного полушария.
Для сравнения: самое большое солнечное пятно за последние 30 лет имело размер около 2750 мдп (27 октября 2014, группа 2192).
Итак, что же натворила эта гигантская область?
Вспышка
Область AR 5395 была не только чрезвычайно большой, но также и очень активной. Наибольшие взрывы из этого региона проходили в период с 6 по 19 марта 1989 года. По данным NASA, всего эта область за три вращения Солнца произвела около 150 вспышек в рентгеновском диапазоне спектра, а также более 330 водород-альфа вспышек. Также из-за неё возникали протуберанцы.
Одной из тех, что привела на Землю геомагнитную бурю, была вспышка 6 марта. Её класс, судя по записям, был равен X15, однако точное измерение было невозможным — так как технологии того времени GOES могли измерять вспышку точно только до Х12.
Записи вспышек от 6 до 20 марта / Anita Joshi
Вспышка началась в 13:54 по восточному времени, достигла максимума в 14:10 и кончилась лишь в 16:55. Во время взрыва образовалось два ярких мерцающих центра, несколько эруптивных центров и система протуберанцев. В тот же момент также возникло протонное событие, которое достигло максимума 13 марта (через 7 дней).
В последующие дни также были вспышки, которые варьировались от класса Х1.1 до Х6.5 и оказывали не меньшее влияние на магнитосферу Земли.
Таблица с данными о вспышках, где первый столбец — дата в марте, последующие столбцы отображают: силу вспышек класса С, М и Х, а также общее число / Anita Joshi
Последствия
Из-за вспышки 6 марта, а также последующих взрывов 7—13 числа этого месяца, из-за протонных событий и выплесков энергии корональных дыр, к 13 марта во всём мире наблюдалась мощнейшая за тридцать лет магнитная буря.
Она началась с чрезвычайно интенсивных полярных сияний. Кроме того, была нарушена высокочастотная радиосвязь, отмечались сбои в работе космических аппаратов, например, тот же спутник GOES, замерявший солнечные вспышки, прервал передачу сигналов.
Запись мониторинга бури в 1989 году (с 10 по 15 марта) / Daniel Wilkinson
Последствия бури отражались не просто в полярных сияниях, а в сияниях в регионах, где подобных явлений ранее не замечали. Например, во Флориде. В Квебеке электричества не было целых 9 часов из-за повреждения линии электропередач, а кроме того, в США был выведен из строя трансформатор на атомной станции.
