Планетное эхо солнечных бурь

Периоды максимума солнечной активности нашего светила имеют цикличность, вероятно, связанный с неравномерным движением Солнца относительно центра тяжести нашей планетарной системы.

А. Л. Чижевский в начале ХХ века показал связь гелиоактивности с войнами и революционными событиями в истории человечества. В этот период повышается вероятность супервспышек. И если выброс коронального вещества попадёт в магнитосферу Земли, как это может отразиться на современной цивилизации?

Моделирование процесса показывает, что наступивший високосный 2024 год Зелёного Дракона ознаменуется максимумом вспышек и сменой магнитных полюсов Солнца. Эти процессы могут сопровождаться бурными сейсмическими и революционными мировыми событиями.

Что известно о Солнце?

• В Солнце сосредоточено 99,83 процента всей массы системы. Хотя ядро составляет всего два процента от объёма нашего светила, в нём содержится почти половина его массы.
• На Солнце приходится всего два процента момента импульса Солнечной системы.
• Радиус Солнца составляет 696 000 километров, а радиус его ядра ориентировочно 120 000 километров.
• Внешние слои светила по концентрации состоят из 92,1 процента водорода и 7,8 процента гелия.
• Экваториальные области фотосферы Солнца делают полный оборот за 25,38 земных суток, а на полюсах – за 36.
• Солнечные пятна – тёмные области пониженной температуры поверхности, в которых концентрируются магнитные поля, определяющие активность нашей звезды.
• Согласно данным, полученным с космической обсерватории SOHO, в пике цикла солнечной активности происходит незначительное, ~0,001 процента, увеличение диаметра Солнца.
• Солнце и планеты образуют систему, вращающуюся вокруг общего центра масс (барицентра), который иногда находится за пределами поверхности нашего светила.
• Вспышки на Солнце создают большие выбросы плазмы вдоль силовых линий магнитного поля из солнечной фотосферы, устремляющиеся в космос со средней скоростью 800 км/с и иногда сталкивающиеся с магнитным полем Земли, вызывая геомагнитные бури, радиопомехи и полярные сияния. Также важным фактором является ионизирующее излучение, которое ответственно за формирование у нашей планеты ионосферы.

Циклы активности Солнца. Информация предоставлена ИЗМИРАН им. Н. В. Пушкова

Циклы солнечной активности

Многолетние наблюдения выявили циклы повышенного количества пятен, связанные с усилением активности внутрисолнечных процессов и сменой магнитных полюсов Солнца в среднем раз в 11 лет.

Широтное распределение солнечных пятен на протяжении циклов активности, известное как «бабочки Маундера». На нижней диаграмме показана зависимость суммарных площадей пятен от времени.

Астроном Ричард Кэррингтон заметил, а несколько позже подтвердил Г. Шпёрер, в честь которого и была названа закономерность, что в начале цикла пятна на Солнце появляются на широтах порядка ±25–30°, а с ходом цикла мигрируют к солнечному экватору, достигая в конце цикла широт ±5–10°.

Барицентрическая гипотеза солнечных циклов

Гелиофизик Теодор Ландшайдт открыл тесную связь между солнечной активностью и ускорением в движении барицентра солнечной системы. Он предложил гипотезу, что максимум ускорения движения барицентра является спусковым механизмом солнечной активности, и указал на неразработанность теории физики солнечного ядра. Детальную математическую модель движения центра масс Солнечной системы создал Сергей Вычегжанин.

Влияние силы притяжения планет на смещение центра тяжести Солнца относительно центра масс системы

Так как Солнце не одиноко в планетной системе, оно совершает циклическое вращение вокруг центра масс солнечной системы вслед за движением планет, которое имеет петлеобразную траекторию с неравномерным перемещением и поворотами.

Из приведённых в таблице данных следует, что если принять силу притяжения между Солнцем и Юпитером за 1, то суммарные силы притяжения остальных планет лежат в диапазоне от –0,3558 до +0,3558, в соответствии с их взаиморасположением. Соответственно, предполагая, что циклы Солнечной активности зависят от движения нашего светила относительно центра масс планетной системы и ключевую роль в этом процессе играет Юпитер, делающий полный оборот за 11,8 года, периоды активности должны находиться в диапазоне от 8,75 до 16 лет. Поскольку «парады планет» происходят редко, и в одну линию они не выстраиваются никогда, среднее изменение длительности цикла солнечной активности – от 9 до 13 лет, что и соответствует наблюдениям.

Важно, что траектория движение солнечного ядра относительно барицентра системы планет существенно влияет на его ускорения, возникающие при изменениях траектории.

Кривая изменения скорости Солнца получена С. Вычегжаниным расчётным путём с учётом влияния всех планет Солнечной системы. Мелкие зубчики на кривой соответствуют влиянию ближайших к Солнцу планет. Жёлтым цветом изображена усреднённая сглаженная кривая солнечной активности, взятая из открытых источников. Видно, что она хорошо коррелирует с кривой изменения скорости Солнца.

Изменение скорости движения Солнца относительно центра масс системы приводит к возникновению центробежной силы порядка 3,8·1022 Н. И, поскольку Солнце – газообразное тело с очень плотным ядром, эта сила воздействует и смещает его относительно гелиоцентра.

Гипотеза Тритиевой цикличности активности Солнца

Интересная гипотеза цикличности внутри солнечной активности была предложена Каримом Хайдаровым. Согласно ей, основной термоядерный процесс внутри ядра Солнца должен протекать при высоких значениях давления и температуры. Он инициируется низкоэнергетическими ядерными реакциями более тяжёлых элементов, насыщенных нейтронами, аналогично атомному запалу водородной бомбы. Это реально наблюдаемая фаза предвспышечного нарастания активности, «разогревающая» место будущего термоядерного взрыва.

В процессах слияния двух ядер дейтерия (или трития с протоном) в ядро гелия в недрах звёзд дополнительно рождаются жёсткий гамма-фотон и электронное нейтрино. Фотон, постоянно теряя энергию в столкновениях с электронами и ядрами, крайне медленно просачивается к поверхности Солнца и излучается с неё уже в оптической части спектра. И если бы термоядерная реакция в ядре мгновенно прекратилась, то Солнце продолжало бы ещё светить в нынешнем режиме многие сотни тысяч лет.

Нейтрино же, практически не взаимодействуя с веществом, с околосветовой скоростью вылетает из недр Солнца в открытый космос. С помощью нейтринных телескопов на реакции превращения изотопа Cl37 в изотоп Ar37 был проведён расчёт интенсивности потока нейтрино, исходя из соображений стационарности термоядерной реакции в недрах Солнца при его нынешней светимости. Результат оказался обескураживающим – электронных нейтрино оказалось примерно в 2–2,5 раза меньше, чем предсказывали расчёты.

Просматриваются как минимум два варианта разгадки этого феномена. Один основан на гипотезе о самопроизвольных взаимопревращениях электронного, мюонного и тау-нейтрино при их пролёте от Солнца к Земле. Из этого варианта следует наличие отличных от нуля масс у всех типов нейтрино, пусть и на много порядков меньших массы электрона. Из чего должно вытекать, что скорость движения нейтрино не может быть тождественна скорости света, но этого в экспериментах не обнаружено. За открытие осцилляций нейтрино присуждена Нобелевская премия по физике в 2015 году. Другой вариант предполагает, что в недрах Солнца реакции синтеза идут с переменной интенсивностью из-за конвекции. Перегревшиеся в ходе термоядерной реакции массы солнечного ядра всплывают в область более холодной плазмы с недостаточной температурой, а холодная плазма погружается в ядро Солнца, разогревается, и в ней вновь интенсифицируются термоядерные реакции. Поэтому можно наблюдать в фотосфере Солнца самую верхнюю конвективную зону в виде очень большого числа ячеек.

За короткий промежуток времени, много меньший периода цикла солнечной активности, происходит порядка ста гигантских взрывов по 10³⁰–10³¹ [Дж]. Суммарная энергия этих взрывов обычно составляет величину порядка 0,1–1 процента энергии излучения Солнца. Именно на эту величину варьирует солнечная постоянная. Подтверждением этого является снижение инсоляции на величину, близкую к одному проценту, в маундеровский период отсутствия солнечной активности. Каждый такой взрыв оставляет после себя ударную полость разрежения, переходящую в устойчивый вихрь ионизированного газа. Когда эти вихри выходят на поверхность Солнца, мы наблюдаем пары пятен – выходы на поверхность центральных трубок вихрей.

Зная скорость вращения Солнца, легко вычислить время подъёма этих вихрей на поверхность. Оно составляет 2–12 лет, в зависимости от мощности породившего их взрыва. Вращение газовых масс солнечной атмосферы изменяет направление всплывания вихрей, прижимая их к солнечному экватору. Наиболее мощные вихри поднимаются быстрее и всплывают далеко от экватора, до 40° широты. Меньшие – в более низких широтах и позже на несколько лет.

Для больших вихрей с большой скоростью подъёма V угол отклонения к экватору под действием силы вращения F_c мал. Для малых вихрей с низкой скоростью подъёма v снос к экватору велик. Поэтому отсчёт цикла солнечной активности начинается на спаде предыдущего цикла, когда в центре Солнца происходит серия термоядерных взрывов, и только через несколько лет на поверхности фотосферы появляются пятна этого цикла. Так иногда происходит наложение пятен разных циклов друг на друга. Этим и объясняются «бабочки Маундера» на диаграмме распределения пятен по широте и времени.

Кроме основных мощных реакций синтеза вблизи солнечного ядра спорадически возникают термоядерные взрывы и вблизи поверхности Солнца. Эти взрывы с энергией порядка 10²⁶ [Дж] провоцируются вихрями, поднимающимися из глубин светила, захватной нейтронизацией вещества и термодинамическими кумулятивными процессами в пограничной области солнечной атмосферы, мы их наблюдаем как солнечные вспышки.

В земных условиях нейтрон неустойчив и распадается на протон, электрон и антинейтрино с временем полураспада 10,15 минуты. На границе ядра Солнца на глубине 600 000 километров сверхвысокое давление 9·10¹⁴ Па и термодинамические условия не менее 150000°K, что позволяет сжать атом водорода до образования нейтрона. При этом, если фазовый переход происходит в условиях ядра, то эти частицы, имея нулевую кинетическую энергию, не могут преодолеть потенциального барьера, создаваемого сжатыми электронными оболочками других атомов, и ядерных реакций не происходит. Таким образом, в солнечном ядре растворяется столько водорода, сколько может раствориться с учётом баланса растворяющих и вытесняющих сил. Однако механическое движение ядра придаёт этим частицам кинетическую энергию, изменяющую баланс растворимости.

В момент возникновения ускорений ядра при неравномерном движении вокруг центра масс Солнечной системы из него выбрасывается масса короткоживущих нейтронов. Однако часть из них успевает прореагировать с протием и дейтерием солнечной атмосферы, образуя дейтерий и тритий соответственно. Происходит захватная нейтронизация и более тяжёлых элементов, которые, становясь спонтанно делящимися изотопами, играют впоследствии роль катализаторов ядерных цепных реакций.

Гипотеза смены полюсов ядра Солнца

А что если внутреннее ядро Солнца в периоды активности совершает кувырок, по аналогии с эффектом Джанибекова? Конечно, в чистом виде теорема промежуточной оси к Солнцу неприменима, так как состоящее из плазмы светило вращается вокруг оси с максимальным моментом инерции. Но гипотетически эффект «кувырка» ядра возможен, если предположить, что центробежные силы, возникающие при движении светила вокруг центра масс Солнечной системы, придают эксцентриситет нашей звезде. И только «кувырок» периодически возвращает ядро в гелиоцентр.

Ведь было показано, что в периоды активности ядро Солнца испытывает максимальные ускорения при движении вокруг центра масс планетной системы. Следовательно, возникающие центробежные силы будут приводить к смещению ядра и периодической смене полюсов. Тогда становится легко объяснима смена магнитных полюсов и наблюдаемая на пике активности пульсация фотосферы светила на 0,001 процента. Подтвердить данную гипотезу может эксперимент, измеряющий усреднённую разницу в скорости вращения фотосферы Солнца в чётных и нечётных циклах. Ведь при кувырке ядра, радиус которого составляет ~1/6 видимого радиуса, небольшая часть момента инерции должна передаваться через газообразные зоны переноса лучистой энергии и отражаться на поверхности светила в виде замедления угловой скорости.

Взаимосвязь активности Солнца и человеческого сообщества

Наша жизнь – в большей степени явление космическое, чем земное, и все процессы, происходящие на Земле и в нашем обществе, сильно зависят от процессов, происходящих на Солнце. В начале ХХ века это заметил Александр Чижевский – один из крупных учёных, основоположник космо- и гелиобиологии, человек, предложивший новое философское понимание глобальных земных процессов. Предположив, что солнечная энергия лежит в основе всего происходящего на Земле, он вывел и математически доказал влияние циклов солнечной активности (ЦСА) на периодичность и интенсивность земных природных (землетрясения, цунами, эпидемии) и общественных (войны, революции, мятежи, финансовые кризисы) катаклизмов, которые очень дорого обходятся человечеству.

«Астронома, читающего эпидемиологию холеры, – пишет Чижевский, – невольно изумляет тот факт, что хорошо знакомые ему годы солнечных бурь и ураганов вызывают столь великие бедственные явления, и, наоборот, годы солнечного успокоения и мира совпадают с годами освобождения человека от безграничного ужаса перед этим неодолимым невидимым врагом».

Действительно, построив график равнодействующей гравитационной силы планет системы, действующей на центр Солнца, и сопоставив его с пятнообразованием за период наблюдений 1749–2000 годов, можно убедиться в их хорошем согласовании. Венцом его открытия стала монография «Земля в объятьях Солнца», написанная Чижевским на французском языке (Париж, 1938). На русском языке эта книга была опубликована только в 1973 году, уже после его смерти, под названием «Земное эхо солнечных бурь».

А .Л. Чижевский писал: «Государственная власть должна знать о состоянии Солнца в любой данный момент. Перед тем, как вынести то или иное решение, правительству необходимо справиться о состоянии светила: светел, чист ли его лик или омрачён пятнами? Солнце – великий военно-политический показатель: его показания безошибочны и универсальны».

15‑й цикл (1913–1923, максимум в 1917 году) – Первая мировая война и революции в России и Германии.

17‑й цикл (1933–1944, максимум в 1937 году) – Вторая мировая война.

19‑й цикл (1954–1964, максимум в 1958 году) – Суэцкий кризис 1956–1957 годов и введение войск СССР в Венгрию в 1956 году.

20‑й цикл (1964–1976, максимум в 1968 году) – война 1967–1968 годов между Израилем и Египтом, Сирией, Иорданией, Ираком, Алжиром и введение войск СССР в Чехословакию в 1968 году.

22‑й цикл (1986–1996, максимум в 1989 году) – землетрясение в Армении, уничтожившее город Спитак (1988), распад СССР (1991).

23‑й цикл (1996–2008, максимум в 2000 году) – распад Югославии, сопровождавшийся гражданскими войнами.

24‑й цикл (2008–2019, максимум в 2013–2014 годах) – глобальный финансовый кризис, крупнейшее землетрясение в Японии, приведшее к аварии на атомной станции Фукусима, появление «Исламского государства», второй майдан на Украине, возвращение Крыма, противостояние Россия–Украина и Россия–США.

Катастрофические солнечные явления

Астрономы отмечают, что Солнце становится всё более ярким и жарким. Это связано с тем, что за последние 90 лет активность его магнитного поля увеличилась более чем вдвое, причём наибольший рост произошёл за последние 30 лет. Сейчас учёные могут предсказывать солнечные вспышки, геомагнитные бури, что даёт возможность заблаговременно подготовиться к возможным авроральным явлениям в южных областях и сбоям в работе радиосвязи и электросетей.

Казалось бы, человечеству повезло: Солнце вращается не быстро, магнитные поля у него слабые, но астрономы пришли к выводу, что наше светило изредка, раз в тысячу лет, способно породить достаточно мощные магнитные поля, чтобы создать катастрофическое событие.

Супервспышка не приведёт к массовому вымиранию и экологической катастрофе, несмотря на то, что она будет в тысячи раз сильнее обычной солнечной вспышки. Она не сожжёт леса и не обдаст всех людей и животных на Земле вредоносным ультрафиолетовым излучением. Однако её последствия окажутся тяжелы для человеческой цивилизации, чьё существование тесно связано со спутниковыми и полупроводниковыми технологиями.

Супервспышка может привести к потере многих искусственных спутников, а пассажиры самолётов получат высокие дозы радиации. Всплеск высокоэнергетического излучения окажется фатальным для электроники и телекоммуникационных систем и может стать смертельно опасным для космонавтов на орбите. Серьёзные повреждения в энергосистеме приведут к массовому отключению электричества. Скорее всего, произойдёт истощение озонового слоя с усилением повреждающего воздействия ультрафиолетового излучения на кожу человека. Увеличится заболеваемость раком, катарактой, а также повысится риск получения солнечных ожогов. Восстановление атмосферы займёт месяцы.

Изучив образцы льда в Антарктике, учёные выяснили, что серьёзная геомагнитная буря происходила на земле в 774 году, она получила название «Событие Мияке». Это явление вызвало на Земле самый большой и стремительный рост углерода‑14, оставшегося в горных породах и ледниках.

1 сентября 1859 года астроном Ричард Кэррингтон наблюдал ярчайшую вспышку, корональный выброс от которой достиг Земли через 18 часов. Телеграфные сети отказывали по всей территории Европы и США, некоторые станции загорались от коротких замыканий, даже если не были подключены к аккумуляторам, бумага для печати сообщений стала воспламеняться. Вспышка класса X10 не была крупнейшей, но выброс плазмы ударил по Земле в идеальном направлении и вызвал наибольшие разрушения.

Геомагнитная буря 13 марта 1989 года продемонстрировала, насколько опасными могут стать солнечные штормы. Последствия от вспышки класса X15 вызвали отключение электричества для миллионов жителей Канады в Монреале и окрестностях Квебека. Электрические сети севера США едва выдержали электромагнитный удар. Из-за бури некоторые спутники изменили свои орбиты, и связь с ними была утеряна. По всему миру прерывалась радиосвязь и разливалось полярное сияние.

Вспышка в октябре 2003 года стала одним из мощнейших зарегистрированных солнечных штормов класса X45. К счастью землян, она по большей части прошла мимо Земли, но корональные выбросы массы повредили ряд спутников и вызвали перебои в телефонной и мобильной связи.

Что несёт людям високосный 2024 год активного Солнца?

Гелиофизик Крымской обсерватории Б. М. Владимирский, всю жизнь посвятивший исследованию Солнца, считает: социальная нестабильность – бунты, психозы, революции – возрастают на фазе подъёма нечётного 11‑летнего цикла солнечной активности; в связи с этим следует ожидать возрастание риска наступления подобных событий в 2024±1 год. Опасность возникновения вооружённых конфликтов усиливается незадолго до наступления максимума 55‑летнего космического цикла «длинные волны Кондратьева». Соответственно, возрастание вероятности вооружённых столкновений приходится на 2023–2025 годы.

Безусловно, солнечная активность влияет на состояние ионосферы Земли, а следовательно – на стоячие электромагнитные волны между ней и поверхностью планеты, известные как волны Шумана, связанные с альфаритмом человеческого мозга во время фазы быстрого сна. (Более подробно об этом можно прочесть в публикации «Инь и Ян планеты Земля», «НиР» № 4, 2023.)

Кроме того, в июне 2023 года наблюдался малый парад планет: Юпитер, Уран, Сатурн, Нептун и Меркурий, что приводило к значительному смещению центра светила относительно барицентра солнечной системы.

3 ноября 2023 года на Солнце произошла мощная вспышка в виде полосы размером 10000 на 100000 километров. Часть солнечного вещества в виде оторвавшегося протуберанца достигла магнитосферы Земли 5 ноября и разлилась в атмосфере красивейшей Авророй, наблюдаемой даже в Ростовской области и Республике Крым.

13 декабря 2023 года наблюдалась вспышка Х2.8 – самая сильная с 2017 года.

Построенная математическая модель наглядно демонстрирует взаимосвязь изменения скорости движения Солнца вокруг центра масс планетарной системы с циклами активности, которые влияют на процессы в ядре нашей звезды. Пик активности светила, ознаменованный сменой магнитных полюсов, ожидается в 2024 году, что неминуемо приведёт к мощным вспышкам на Солнце, возмущениям в магнитосфере Земли, усилению авроральных явлений, нарушениям в работе полупроводниковых и электрических приборов, сбоям в функционировании спутников и к усилению тектонической активности планеты. Показана взаимосвязь солнечной активности с ионосферными процессами Земли, волнами Шумана и альфа-ритмом человеческого мозга. Дай бог нам избежать катастрофических солнечных явлений. Но, как было подмечено Александром Чижевским, вероятность революционных и военных событий в человеческом обществе в такой год максимальна!

Мир вступил в эпоху глобальных перемен. Очень надеемся, что на фоне возможного предстоящего обострения международной обстановки, имея боеспособную армию и перестроенную экономику, Россия лучше других стран преодолеет грядущие события.

Игорь ДАБАХОВ, член правления Международного фонда технологий и инвестиций

Юрий ЦАП, д.физ.-мат.н., ведущий научный сотрудник в области физики Солнца Крымской астрофизической обсерватории

Источник: «НиР» № 1, 2024