Влияние солнечной активности: физика вспышек, магнитные бури и их воздействие

Споры о биологическом влиянии и поведении клеток крови

В дискуссии поднимается гипотеза о том, что электромагнитные возмущения способны приводить к слипанию эритроцитов за счет утраты ими однополярного отрицательного электрического заряда мембраны. Сторонники этой версии связывают подобный эффект с закупоркой капилляров и локальным кислородным голоданием тканей. В противовес данному суждению отмечается, что атомы железа в клетках крови находятся в составе сложных оксидов, а не в металлической кристаллической решетке, поэтому они не проявляют свойств ферромагнетиков. В качестве практического доказательства приводится медицинская процедура МРТ, где изменения магнитного поля на порядки мощнее геомагнитных бурь, однако разрушения структур крови и патологий психики при этом не фиксируется.

Тем не менее на практике подтверждается ухудшение состояния людей с сердечно-сосудистыми патологиями: во время солнечных бурь статистически учащаются вызовы скорой помощи к гипертоникам. Участники также ссылаются на фундаментальные труды А. Л. Чижевского о зависимости биологических и социальных процессов от 11-летней циклической активности Солнца.

Механизмы солнечной активности: вспышки, выбросы и корональные дыры

Цикл солнечной активности составляет около 11 лет, чередуя периоды затишья и масштабных возмущений. Вспышки на Солнце классифицируются по мощности рентгеновского излучения (в частности, выделяются классы C и максимальный класс X), возникая в результате пересоединения силовых линий магнитного поля звезды. Данные процессы сопровождаются корональными выбросами массы (CME) — гигантскими потоками плазмы, состоящими преимущественно из протонов, электронов и ионизированных элементов.

Помимо вспышек, источниками геомагнитных возмущений становятся корональные дыры — участки солнечной атмосферы с разомкнутым магнитным полем, откуда высокоскоростной солнечный ветер беспрепятственно устремляется в космическое пространство. Скорость плазменных потоков может быть колоссальной: например, при вспышках в активной области 1504 в июне 2012 года скорость первого выброса составляла 604 км/с, а второго — 1360 км/с.

Инструментальный мониторинг и шкала возмущений

Для наблюдения за космической погодой применяются орбитальные телескопы и спектрометры:

• Спутник NASA TIMED (инструмент SABER), фиксирующий инфракрасное излучение углекислого газа ($CO_2$) и оксида азота ($NO$). В марте 2012 года после вспышки класса X5 термосфера Земли поглотила за трое суток $26\times 10^9$ кВт·ч энергии, сработав как естественный термостат.
• Спутник GOES-15, отслеживающий мощность вспышек рентгеновского диапазона.
• Солнечная обсерватория SOHO (в частности, коронограф LASCO C2), позволяющая фиксировать выбросы плазменных жгутов и отрыв корональных волокон.

Геомагнитная обстановка на Земле измеряется планетарным индексом $K_p$, шкала которого варьируется от 0 до 9. Уровень $K_p = 5$ классифицируется как умеренная буря, тогда как значения 6–8 говорят об экстремальных возмущениях. В высоких широтах (например, в Мурманске) локальный индекс возмущений может доходить до 7–8 при среднепланетарном значении 5–6.

Влияние солнечных бурь на технику и радиосвязь

Ионизация верхних слоев атмосферы и воздействие потоков высокоэнергетических протонов создают радиационные риски для спутниковых группировок, способны вызывать нарушения в работе наземных энергосетей и провоцировать сбои радиосвязи. При этом для радиолюбителей активизация нового солнечного цикла открывает возможность дальних и сверхдальних прохождений сигналов в гражданском диапазоне 27–28 МГц.