Магнітні бурі травня 2024 року: чому вони виникають, чи шкодять здоров’ю та впливають на електромережі

Серія сонячних спалахів і корональних викидів маси Сонця вже спричинили найпотужнішу магнітну бурю за останні 20 років та полярне сяйво у нетипових регіонах Землі. Вчені прогнозують ще низку подібних подій у травні. Розповідаємо, звідки беруться магнітні бурі, чим загрожують нам сонячні спалахи та як вони впливають на людей та електромережу. 

Магнітні бурі травня 2024: що вже відбулось та які наслідки

У ніч з 10 на 11 травня Земля зазнала впливу однієї з найсильніших за десятки років геомагнітних бур. Як наслідок у небі над багатьма країнами світу — зокрема в Україні — можна було спостерігати полярне сяйво.

Причиною стала низка сонячних спалахів і корональних викидів маси. Нинішня порція корональних викидів трапилася у масивному скупченні сонячних плям діаметром у 17 разів більше за Землю. Наразі Сонце переживає пік 11-річного циклу підвищеної активності. Попередній завершився на мінімумі у грудні 2019 року. Це перша магніна буря рівня G5 («екстремального») з жовтня 2003 року

Попри неординарну подію, схоже до серйозних негативних наслідків вона не призвела, більшість енергетичних компаній завчасно готувались до можливих відключень та переналаштування мереж, деякі безпілотники мали труднощі з управлінням, Starlink з погіршенням, але працював. 

Яким є прогноз щодо магнітних бур на наступні дні 

Наразі сонячна активність ще зберігається. За індексом глобальних геомагнітних умов у понеділок 13 травня найвищий показник коливання магнітного поля землі становить 7 балів у високих широтах, що є відповідником сильного шторму. Для порівняння, у ніч з 10 на 11 травня Kp-індекс становив 9, що і є рівнем G5.

Варто зазначити, що інтенсивність магнітних бур спадає чим ближче до екватора. Наприклад, щоб побачити полярне сяйво в Бельгії, яка знаходиться на середніх широтах, але близько до нижніх широт, знадобиться Kp-індекс 7. Столиці Франції, Парижу, який розташований на нижчих широтах, потрібен індекс Kp-8. Місцям на ще нижчих широтах потрібен індекс Kp-9.  

Найближчими днями, 14 травня максимальний показник індексу становитиме Kp-5, що характеризує легкий шторм, а 15 травня — Kp-4, що є в межах типової норми.

Чому виникають магнітні бурі та до чого тут плями на сонці

Сонце переважно складається з водню та незначних об’ємів гелію та інших елементів,  зокрема заліза. Сонце перебуває у плазмовому агрегатному стані, тобто електрони в атомах речовин відірвані від ядер. Це робить зірку електропровідною та чутливою до магнітних полів.

Сонячне ядро, за своєю суттю, — термоядерний реактор із колосальним тиском у мільйони атмосфер та температурою у 150 млн градусів. Там відбуваються термоядерні реакції.

У наступному, другому шарі Сонця – зоні променистого переносу – тиск і температура падають, і термоядерні реакції більше не відбуваються. Цей шар нагрівається через випромінювання фотонів світла, які пролітають невелику відстань, поглинаються та нагрівають наступну ділянку, у якій також виділяються фотони. Цей процес перенесення енергії триває дуже довго. Від ядра до третього шару – конвективної зони – енергія проходить за близько 200 тисяч років. Цей шар займає ще майже третину радіуса Сонця і простягається майже до поверхні. У ньому перенесення енергії відбувається вже шляхом конвекції, тобто нагрівання гарячих потоків. Це схоже на те, як воду нагрівають на плиті. Там, де ці потоки виходять на поверхню, утворюються так звані гранули. Ці гранули бувають від сотень кілометрів до кількох десятків тисяч. 

Середнє магнітне поле самого Сонця відносно не дуже сильне. Але оскільки Сонце складається із плазми і є електропровідним, то струми, які по ній течуть, утворюють окремі магнітні поля. Там, де місцеві магнітні поля виходять на поверхню, ділянка Сонця охолодиться на 1000–1500 градусів. Через сильніше магнітне поле, тим плазма з конвективної зони надходить повільніше. Насправді сонячні плями також світяться доволі яскраво, але на фоні світліших та гарячіших ділянок Сонця здаються темними.

Як відбувається сонячний спалах 

Тобто плями на Сонці, це ділянки з нижчою температурою, які виникли через зміни локального магнітного поля. Це поле сильно змінюється у період так званого одинадцятирічного півциклу активності Сонця. 

Протягом одного циклу більшість плям у Північній півкулі мають одну полярність магнітного поля, а в Південній – іншу. У наступному циклі всі полярності здебільшого змінюються на зворотні. Найбільше плям та найпотужніші викиди утворюються на піку активності Сонця в середині циклу. Наразі ми власне і перебуваємо на початку цього піку, адже новий сонячний цикл почав приблизно наприкінці 2019, на початку 2020 рр.

З активними зонами – плямами – сильно пов’язані як електромагнітне випромінювання, так і випромінювання частинок. Це викиди корональної маси та сонячні спалахи. Це не одне й те саме, але часто ці явища пов’язані та можуть відбуватись водночас. У першому випадку з поверхні Сонця вивільняється плазма, а в другому – електромагнітні хвилі.

Тоді від двох плям відбувається сонячний спалах. Електромагнітні хвилі спалаху досягають Землі за вісім хвилин. Корональний викид маси, пов’язаний зі спалахом – це потік елементарних частинок, здебільшого протонів та електронів. Частинки долітають в середньому за кілька днів, а іноді й за тиждень, якщо спалах слабкий. Переважно траєкторія сонячних спалахів частинок корональних викидів не зачіпає Землю, і частинки розсіюються далі в космосі.

Якщо частинки все-таки потрапили до Землі, то потік частинок починає взаємодіяти з іоносферою та магнітним полем Землі, яка відбиває потік, але утворюється слабка магнітна буря та зміна магнітного поля. Також часто з’являється Полярне сяйво.

Які наслідки магнітних бур для Землі 

Іоносфера – це провідна плазма довкола Землі, яка взаємодіє з магнітним полем. Через потрапляння у поле частинки літатимуть від полюса до полюса. Через те, що електронів у корональному викиді багато, вони утворюють помітні струми у іоносфері. 

Якщо потік особливо сильний, то він може значно вплинути на іоносферу. Тоді магнітне поле Землі змінюється помітно – на частки відсотка, у деяких ділянках і сильніше. Тоді може нестабільно працювати компас або спалахи Полярного сяйва з’являтимуться не тільки у полярних широтах, а навіть у близьких до екватора. 

Наприклад, під час останньої потужної магнітної бурі у 2003 році слабке полярне сяйво було і в Україні. Через такі події можуть виходити з ладу трансформатори. Під час ще однієї особливо потужної бурі у 1989 році через сонячні спалахи трансформатори у Канаді автоматично повідмикались через завелику напругу. Тоді на кілька годин зникла електрика у третині країни.

Вимірюють під час таких подій Індекс штормового збурення (індекс Dst). Від’ємний індекс Dst означає, що магнітне поле Землі ослаблене. Бурі 2003 року мали пік Dst-індексу −422 нТл, тоді як геомагнітна буря березня 1989 р. мала пік Dst-індексу −589 нТл. Сонячні бурі в травні 2024 року досягли максимального індексу Dst−412 нТл 11 травня.

Останнім часом працюють над вдосконаленням аварійних систем електроенергії. Тоді коли один трансформатор відімкнувся, навантаження мають прийняти інші прилади. До того ж спалахи прогнозують, хоча й досить обмежено.

Особливо сильно сонячні спалахи впливають і на GPS-системи та радіосигнали, особливо у високих широтах. 

Чи впливають магнітні бурі на здоров’я людей

Попри поширений міф, спалахи на сонці або дуже незначним чином або ж зовсім не впливають на здоров’я людей. Є кілька досліджень, які доводять підвищення частоти загострень серцево-судинних хвороб на рівні 3–5%. Але разом з тим, існує набагато більше наукових досліджень, які не знаходять жодного зв’язку між цими явищами. Наразі геобіологи схиляються до думки, що загалом спалахи не впливають на здоров’я людей. З ними погоджується NASA. 

Відстежити магнітну активність можна на порталі SpaceWeatherLive. Там збирають дані з магнітометрів з різних частин світу та показують Kp-індекс та інші дані, які демонструють рівень впливу магнітних бур наразі та у кілька наступних днів.