Слънцето бързо се приближава към значителен максимум на слънчевата активност. Експертите предупреждават, че той потенциално може да започне до края на 2023 г., години преди първоначалните прогнози.

Отдалеч слънцето може да изглежда спокойно и стабилно. Но ако погледнете по-отблизо, ще видите, че нашата звезда всъщност е в състояние на непрестанни промени, като с течение на времето се превръща от еднородно огнено море в хаотична смес от усукана плазма и обратно в един повтарящ се цикъл.

На всеки около 11 години магнитното поле на Слънцето се заплита като кълбо от здраво омотани гумени ленти, докато накрая не се разкъса и не се преобърне напълно - превръщайки северния полюс в южен и обратно. В навечерието на това огромно обръщане слънцето засилва своята активност: изхвърля огнени облаци плазма, увеличава тъмните петна с размерите на планета и излъчва потоци мощна радиация.

Този период на повишена активност, известен като слънчев максимум, е и потенциално опасен за Земята, която е бомбардирана от слънчеви бури, които могат да нарушат комуникациите, да повредят енергийната инфраструктура, да навредят на някои живи същества (включително астронавти) и да предизвикат спускане на спътници към Земята.

Някои учени смятат, че следващият слънчев максимум може да настъпи по-рано - и да бъде много по-мощен - отколкото сме предполагали.

Първоначално учените прогнозираха, че настоящият слънчев цикъл ще достигне своя връх през 2025 г. Но изобилието от слънчеви петна, слънчеви бури и редки слънчеви явления предполагат, че слънчевият максимум може да настъпи най-рано в края на тази година - и няколко експерти заявяват пред Live Science, че сме зле подготвени.

КАКВО ПРИЧИНЯВА СЛЪНЧЕВИЯ ЦИКЪЛ?

Приблизително на всеки 11 години Слънцето преминава от най-ниска точка на слънчева активност, известна като слънчев минимум, до слънчев максимум и обратно. Не е ясно защо точно циклите на Слънцето продължават толкова дълго, но астрономите са забелязали тази закономерност още от първия, сполучливо наречен Слънчев цикъл 1, който се е случил между 1755 и 1766 г. Настоящият цикъл, Слънчев цикъл 25, официално започна през декември 2019 г., по данни на НАСА.

И така, какво причинява колебанията на нашата звезда?

"Всичко се свежда до магнитното поле на Слънцето", обяснява пред Live Science Алекс Джеймс (Alex James), специалист по слънчева физика от Университетския колеж в Лондон, Великобритания.

При слънчевия минимум магнитното поле на Слънцето е силно и организирано, с два ясно изразени полюса като нормален диполен магнит, разказва Джеймс. Магнитното поле действа като "гигантско силово поле", което задържа прегрятата плазма на Слънцето или йонизирания газ близо до повърхността, потискайки слънчевата активност, добавя Джеймс.

Изхвърляне на коронална маса с формата на пеперуда избухва от далечната страна на Слънцето на 10 март. Кредит: NASA/Solar and Heliospheric Observatory

Но магнитното поле бавно се заплита, като някои региони стават по-магнетизирани от други, коментира Джеймс. В резултат на това магнитното поле на Слънцето постепенно отслабва и слънчевата активност започва да се повишава: Плазмата се издига от повърхността на звездата и образува масивни намагнетизирани подкови, известни като коронални примки, които пронизват долните слоеве на слънчевата атмосфера. Тези огнени ленти могат да се скъсат, когато магнитното поле на Слънцето се пренастрои, освобождавайки ярки светлинни и радиационни изблици, известни като слънчеви изригвания. Понякога изригванията водят и до огромни, намагнетизирани облаци от бързо движещи се частици, известни като изхвърляне на коронална маса (CME).

Няколко години след максимума магнитното поле на Слънцето "превключва" и напълно се преобръща. Това води до края на цикъла и началото на нов слънчев минимум, посочва Джеймс.

За да определят къде се намираме в слънчевия цикъл, изследователите наблюдават слънчевите петна - по-тъмни, по-хладни, кръгли участъци от повърхността на нашата звезда, където се образуват коронарни петна.

"Слънчевите петна се появяват, когато през повърхността на слънцето преминават силни магнитни полета", обяснява Джеймс. "Разглеждайки тези слънчеви петна, можем да получим представа за това колко силно и сложно е магнитното поле на Слънцето в този момент."

Слънчевите петна почти напълно отсъстват при слънчевия минимум и увеличават броя си до достигането на своя връх при слънчевия максимум, но при различните цикли има големи вариации.

"Всеки цикъл е различен", отбелязва Джеймс.

СЛЪНЧЕВ ЦИКЪЛ 25

През април 2019 г. Панелът за прогнозиране на Слънчев цикъл 25, който се състои от десетки учени от НАСА и Националната океанска и атмосферна администрация (NOAA), публикува прогнозата си за Слънчев цикъл 25, предполагайки, че слънчевият максимум вероятно ще започне някъде през 2025 г. и ще бъде сравним по размер с максимума на Слънчев цикъл 24, който достигна своя пик необичайно късно между средата на 2014 г. и началото на 2016 г. и беше доста слаб в сравнение с предишните слънчеви максимуми.

Но от самото начало прогнозата се оказа погрешна. Например броят на наблюдаваните слънчеви петна е много по-голям от прогнозирания.

През декември 2022 г. Слънцето достигна осемгодишен пик на слънчевите петна. А през януари 2023 г. учените наблюдават повече от два пъти повече слънчеви петна от прогнозите на НАСА (143 наблюдавани срещу 63 очаквани), като броят им остава почти толкова висок и през следващите месеци. Като цяло броят на наблюдаваните слънчеви петна надхвърля прогнозирания брой в продължение на 27 месеца подред.

Въпреки че изобилието от слънчеви петна е сериозен червен флаг, те не са единственото доказателство, че слънчевият максимум може да настъпи скоро.

Призрачните линии на слънчевата корона, или горната част на атмосферата, бяха ясно видими по време на "хибридното затъмнение" на 20 април. Червеният пръстен обгражда CME, която избухна същия ден. Кредит: Petr Horálek, Josef Kujal, Milan Hlaváč

Друг ключов показател за слънчевата активност е броят и интензивността на слънчевите изригвания. През 2022 г. е имало пет пъти повече слънчеви изригвания от класове С и М, отколкото през 2021 г., а от година на година се увеличава и броят на най-мощните, слънчеви изригвания от клас Х, съобщава SpaceWeatherLive.com. През първата половина на 2023 г. са регистрирани повече изригвания от клас X, отколкото през цялата 2022 г., и поне едно от тях е ударило директно Земята. (Класовете слънчеви изригвания включват A, B, C, M и X, като всеки клас е поне 10 пъти по-мощен от предишния.)

Слънчевите изригвания могат да доведат и до геомагнитни бури - големи смущения на земната магнитосфера, причинени от слънчевия вятър или CME. Например на 24 март "скрита" CME връхлетя Земята без предупреждение и предизвика най-мощната геомагнитна буря от повече от шест години, която създаде огромни полярни сияния, видими далече на юг. Общото увеличение на броя на геомагнитните бури през тази година доведе и до повишаване на температурата в термосферата - втория по височина слой на земната атмосфера - до 20-годишен максимум.

Редките слънчеви явления също стават все по-често срещани в близост до слънчевия максимум - и няколко от тях се случиха през последните месеци. На 9 март плазмен водопад с височина 96 560 км се издига над Слънцето и след това пада обратно. На 2 февруари огромен полярен вихър или огнен пръстен се завихря около Северния полюс на Слънцето в продължение на повече от 8 часа. През март "слънчево торнадо" бушува в продължение на три дни и е по-високо от 14 земни кълба, поставени едно върху друго.

Всички тези данни сочат, че слънчевият максимум "ще достигне своя пик по-рано и ще бъде по-висок от очакваното", подчертава Джеймс пред Live Science. Това мнение се споделя от много други физици, занимаващи се със слънчевата физика, заявяват експерти пред Live Science.

"Плазмен водопад" се изсипа върху слънчевата повърхност на 9 март. Кредит: Eduardo Schaberger Poupeau

Невиждан досега "полярен вихър" се появи около северния полюс на Слънцето на 2 февруари.
Кредит: NASA/ Solar Dynamics Observatory

Точното начало на слънчевия максимум вероятно ще стане ясно едва след като той отмине и слънчевата активност намалее.

Въпреки това една изследователска група, ръководена от Скот Макинтош (Scott McIntosh), слънчев физик и заместник-директор на Националния център за атмосферни изследвания в Колорадо, прогнозира, че слънчевият максимум може да достигне своя връх по-късно тази година.

Миналите цикли показват, че слънчевият максимум може да продължи някъде между една и две години, въпреки че учените не знаят със сигурност.

ПОТЕНЦИАЛНИ ВЪЗДЕЙСТВИЯ ВЪРХУ ЗЕМЯТА

Така че слънчевият максимум може да настъпи по-рано и по-силно, отколкото сме очаквали. Защо е важно това?

Отговорът зависи най-вече от това дали слънчевите бури ще се стоварят върху Земята, обяснява пред Live Science Цу-Вей Фанг (Tzu-Wei Fang), изследователка от Центъра за прогнозиране на космическото време към NOAA, неучаствала в панела за прогнозиране на 25-ия слънчев цикъл. За да ударят Земята, слънчевите бури трябва да са насочени в точно към Земята в точното време. Повишаването на слънчевата активност прави това по-вероятно, но не гарантира, че нашата планета ще бъде връхлетяна от повече бури, добавя тя.

Но ако все пак ни удари слънчева буря, тя може да йонизира горните слоеве на земната атмосфера и да доведе до прекъсване на радиовръзките и сателитите. Големите бури, които блокират връзките на планетата със сателитите, могат временно да изключат радио и GPS системите с голям обсег на действие до половината планета, посочва Фанг. Само по себе си това е незначително неудобство, но ако продължително прекъсване на електрозахранването съвпадне с голямо бедствие, резултатите могат да бъдат катастрофални, добавя тя.

Силните слънчеви бури могат също така да генерират наземни електрически токове, които могат да повредят метална инфраструктура, включително по-стари електропреносни мрежи и железопътни линии, обяснява Фанг.

Пътниците в самолетите също могат да бъдат засегнати от по-високи нива на радиация по време на слънчеви бури, въпреки че не е ясно дали дозите ще бъдат достатъчно високи, за да окажат влияние върху здравето, заявява Фанг. Подобни скокове на радиацията обаче биха били много по-значими за астронавтите на борда на космически кораби, като Международната космическа станция или предстоящата мисия "Артемис" до Луната. В резултат на това "бъдещите мисии трябва да вземат предвид слънчевите цикли", добавя тя.

Предишни изследвания също така разкриват, че геомагнитните бури могат да нарушат миграцията на сивите китове и други животни, които разчитат на линиите на магнитното поле на Земята, за да се ориентират, като например морските костенурки и някои птици, което може да има катастрофални последици.

Йонизираните горни слоеве на атмосферата стават и по-плътни, което може да създаде допълнително съпротивление за спътниците в орбита около Земята. Това допълнително съпротивление може да доведе до сблъсък на сателитите един с друг или да ги принуди да слязат от орбита. Например през февруари 2022 г. 40 от спътниците Starlink на SpaceX изгарят в земната атмосфера, когато по време на геомагнитна буря се спускат към Земята ден след изстрелването им.

Броят на спътниците се е увеличил експоненциално в сравнение с предишните слънчеви цикли. Повечето от тях се управляват от частни компании, които рядко отчитат космическото време при проектирането на сателитите или в графиците за изстрелване, добавя Фанг.

"Компаниите искат да изстрелват сателити възможно най-бързо. Понякога за тях е по-добре да изстрелят група и да загубят половината, отколкото да не изстрелят изобщо", коментира Фанг. Всичко това повишава рисковете от големи сблъсъци или сваляне на спътници от орбита по време на слънчевия максимум, допълва Фанг.

Шансовете за супербуря, която се случва веднъж на столетие, като например събитието Карингтън през 1859 г., също леко се увеличават по време на слънчевия максимум, посочва Фанг. Макар и да е малко вероятно, такава буря може да причини щети за трилиони долари и да окаже сериозно влияние върху ежедневието ни.

Хората не могат да направят почти нищо, за да се предпазят от пряк удар от слънчева буря, но могат да се подготвят за нея, като променят траекториите на сателитите, заземят самолетите и идентифицират уязвимата инфраструктура, отбелязва Фанг. В резултат на това са необходими по-точни прогнози за слънчевото време, които да ни помогнат да се подготвим за най-лошото, добавя Фанг.

ЗАЩО ПРОГНОЗИТЕ СА БИЛИ ПОГРЕШНИ?

Ако толкова много улики сочат, че слънчевият максимум е по-силен и по-ранен от предвиденото, защо учените не са го предвидили? Част от проблема е в начина, по който панелите за прогнози изготвят своите прогнози, коментира пред Live Science Скот Макинтош (Scott McIntosh).

Моделите на НАСА и НОАА почти не са се променили през последните 30 години, "но науката се е променила", подчертава Макинтош. Моделите използват данни от минали слънчеви цикли, като например броя на слънчевите петна и продължителността на цикъла, но не отчитат напълно индивидуалното развитие на всеки цикъл, добавя физикът.

"Това е нещо като голяма игра на сляпа баба", коментира Макинтош, в която "бабата" е предстоящият слънчев максимум, а комисията по прогнозите си е завързала очите, като не е използвала всички налични методи.

Макинтош и колегите му предлагат алтернативен начин за предсказване на силата на предстоящия слънчев максимум: така наречените "слънчеви терминатори", които се появяват точно в края на всеки слънчев минимум, след като магнитното поле на Слънцето вече се е преобърнало.

По време на слънчевия минимум локализирано магнитно поле, което е останало след обръщането на магнитното поле на Слънцето, обгражда екватора на Слънцето. Това локализирано поле не позволява на основното магнитно поле на Слънцето да се засили и да се заплете, което означава, че локализираното поле по същество действа като ръчна спирачка, предотвратяваща увеличаването на слънчевата активност.

Но внезапно и без предупреждение това локализирано поле изчезва, освобождава спирачката и позволява на слънчевата активност да се повиши. Тази драстична промяна екипът нарича събития за прекратяване на слънчевия цикъл или терминатори. (Тъй като слънчевите терминатори се появяват точно в момента, в който приключват слънчевите минимуми, те се появяват след официалното начало на всеки слънчев цикъл).

Разглеждайки данните от векове назад, екипът идентифицира 14 отделни слънчеви терминатора, които предшестват началото на слънчевия максимум. Изследователите забелязват, че времето на тези терминатори корелира със силата на последващите слънчеви максимуми. (Данните от първите години са оскъдни, така че екипът не е могъл да идентифицира слънчевите терминатори във всеки цикъл.)

Графика, показваща влиянието на слънчевите терминатори върху развитието на слънчевия цикъл. Размазаните участъци представляват слънчевия минимум, а прекъснатите линии показват събитията с терминатори. Слънчевата активност рязко се повишава след появата на слънчевите терминатори. Кредит: McIntosh etl al. 2003 г.

Например терминаторът в началото на 24-ия слънчев цикъл се е случил по-късно от очакваното, което е позволило по-малък растеж на магнитното поле по време на 24-ия слънчев цикъл, което е довело до по-слаб слънчев максимум. Но терминаторът в началото на Слънчев цикъл 25, който настъпва на 13 декември 2021 г., е по-ранен от очакваното, което изследователите приемат като знак, че слънчевият максимум ще бъде по-силен от предишния. От терминатора през 2021 г. насам слънчевата активност се увеличава по-бързо от очакваното.

Начинът, по който се развива Слънчев цикъл 25, предполага, че слънчевите терминатори могат да бъдат най-добрият начин за прогнозиране на бъдещите слънчеви цикли, отбелязва Макинтош. През юли 2022 г. НАСА призна работата, извършена от Макинтош и колегите му, и отбеляза, че слънчевата активност изглежда се повишава по-бързо от очакваното.

Въпреки това НАСА не е актуализирала прогнозата си за 2025 г. в светлината на данните на Макинтош и вероятно няма да включи терминаторите в бъдещите прогнози, прогнозира Макинтош.

"Мисля, че те просто ще се придържат към своите модели."

Solar maximum could hit us harder and sooner than we thought. How dangerous will the sun's chaotic peak be?,  Harry Baker, Live Science Скот