Исследователи, изучающие солнцеподобные звезды, а также исторические свидетельства, полученные из годичных колец и ледникового льда, предполагают, что экстремальные солнечные явления, включая супервспышки, происходят чаще, чем считалось ранее. Результаты, полученные на основе данных тысяч звезд, наблюдаемых Кеплером, указывают на то, что сильные солнечные бури являются нормальной частью солнечной активности, подчеркивая необходимость эффективного прогнозирования космической погоды и защиты технологической инфраструктуры Земли.
Солнце — нестабильная звезда, о чем свидетельствуют необычно сильные солнечные бури в этом году, которые вызвали потрясающие полярные сияния даже на низких широтах. Но станет ли наша звезда более экстремальной? Подсказки о самых сильных солнечных вспышках сохранились в годичных кольцах деревьев и ледниковом льду, датируемом тысячелетиями. Однако эти природные записи предоставляют лишь косвенные доказательства, что затрудняет определение того, как часто происходили такие события. Прямое измерение солнечной радиации стало возможным только с начала космической эры.
Чтобы лучше понять долгосрочное поведение Солнца, ученые обратились к звездам. Современные космические телескопы наблюдают за тысячами звезд, отслеживая изменения их яркости с течением времени. Супервспышки, которые выделяют более квадриллиона джоулей энергии за короткий период времени, в этих наблюдениях выглядят как всплески.
«Мы не можем наблюдать Солнце в течение тысяч лет», — объясняет директор MPS и соавтор профессор Сами Соланки, объясняя основную идею исследования. «Однако мы можем отслеживать поведение тысяч звезд, очень похожих на наше Солнце, в течение коротких периодов времени. Это помогает нам оценить, как часто происходят супервспышки», — добавил он.
В текущем исследовании группа, состоящая из исследователей из Университета Граца (Австрия), Университета Оулу (Финляндия), Национальной астрономической обсерватории Японии, Университета Колорадо в Боулдере (США), а также Комиссии Парижа-Сакле по атомной и альтернативной энергии и Университета Сите в Париже, проанализировала данные о 56 450 солнцеподобных звездах, наблюдаемых космическим телескопом НАСА «Кеплер» между 2009 и 2013 годы. «Данные Кеплера дают нам свидетельство звездной активности на протяжении 220 000 лет», — сказал профессор Александр Шапиро из Университета Граца.
Ключом к этому исследованию является тщательный отбор звезд для рассмотрения. Ведь выбранная звезда должна быть особо близкой «родственницей» Солнца. Поэтому ученые принимают только звезды, температура поверхности и яркость которых аналогичны солнечной. Исследователи также исключили многие источники ошибок, такие как космическое излучение, пролетающие астероиды или кометы, а также звезды, отличные от Солнца, которые могут случайно взорваться рядом с солнцеподобными звездами на изображениях Кеплера. Для этого команда тщательно проанализировала каждое изображение потенциальной супервспышки (размером всего в несколько пикселей) и посчитала только те события, которые можно было достоверно отнести к одной из выбранных звезд.
Таким образом, исследователи обнаружили 2889 супервспышек на 2527 из 56 450 наблюдаемых звезд. Это означает, что в среднем звезда типа Солнца производит супервспышку примерно раз в сто лет.
«Высокопроизводительные расчеты динамо-динамо этих звезд, подобных Солнцу, легко объясняют магнитное происхождение интенсивного выделения энергии во время таких супервспышек», — сказал соавтор доктор Аллан Саша Брун из Комиссии Париж-Сакле по атомной и альтернативной энергии и Университета Париж-Сите.
на удивление часто
«Мы были очень удивлены тем, что звезды, подобные Солнцу, так часто испытывают супервспышки», — сказал первый автор доктор Валерий Васильев из MPS. Предыдущие исследования других исследовательских групп показали, что супервспышки происходят в среднем от тысячи до даже 10 000 лет. Однако более ранние исследования не смогли определить точный источник наблюдаемых вспышек и были вынуждены ограничить свои исследования звездами, которые не имели слишком близких соседей на изображениях телескопа. Настоящее исследование является наиболее точным и чувствительным на сегодняшний день.
Исследования, направленные на поиск доказательств сильных солнечных бурь, влияющих на Землю, также показали, что среднее время между экстремальными солнечными явлениями больше. Когда поток энергичных частиц от Солнца особенно велик, они производят обнаруживаемые радиоактивные атомы, такие как радиоактивный изотоп углерода 14C. Эти атомы затем откладываются в природных архивах, таких как годичные кольца и ледниковый лед. Таким образом, даже тысячи лет спустя можно предположить внезапный приток высокоэнергетических солнечных частиц, измеряя количество 14C с помощью современных технологий.
Таким образом, исследователям удалось идентифицировать пять экстремальных событий солнечных частиц и три события-кандидата за последние 12 000 лет голоцена со средней частотой возникновения одного события каждые 1500 лет. Считается, что самый сильный из них произошел в 775 году нашей эры. Однако вполне вероятно, что в прошлом произошло еще много таких сильных событий с частицами и супервспышек. «До сих пор неясно, всегда ли гигантские вспышки сопровождаются выбросами корональной массы, и какова связь между супервспышками и экстремальными событиями солнечных частиц. Это требует дальнейшего изучения», — отметил соавтор профессор Илья Усоскин из Университета Оулу, Финляндия. Поэтому изучение наземных свидетельств прошлых экстремальных солнечных событий может привести к недооценке частоты супервспышек.
Предсказание опасной космической погоды
Новое исследование не показывает, когда Солнце снова вспыхнет. Однако полученные результаты требуют осторожности. «Новые данные являются четким напоминанием о том, что даже самые экстремальные солнечные явления являются частью естественной активности Солнца», — сказала соавтор доктор Натали Кривова, MPS. «Событие Кэррингтона» 1859 года было одной из самых сильных солнечных бурь за последние 200 лет, во время которой телеграфные сети рухнули на большей части Северной Европы и Северной Америки. По оценкам, связанные с ними вспышки выделяют лишь один процент энергии, чем супервспышки. Сегодня, помимо инфраструктуры на поверхности Земли, под угрозой находятся и спутники.
Поэтому самая важная подготовка к сильным солнечным бурям — это надежные и своевременные прогнозы. Например, в качестве меры предосторожности можно отключить спутники. Начиная с 2031 года, космический зонд ЕКА «Виджил» будет помогать в прогнозировании. Со своей выгодной позиции в космосе он будет наблюдать за Солнцем сбоку и обнаруживать процессы, которые могут привести к опасной космической погоде, назревающей на нашей планете, гораздо раньше, чем это сделают земные зонды. MPS в настоящее время занимается разработкой поляриметрических и магнитных изображений для этой миссии.
Собрано из /scitechdaily