вспышка что такое в астрономии
Вспышки на Солнце
Солнце – нестабильный космический объект. Периодически на нем отмечаются вспышки, что сопровождаются выбросом гигантского количества энергии. Солнечная активность – предмет изучения астрономов на протяжении не одного десятилетия. Но до сих пор процессы, вызывающие бури на ближайшей звезде, остаются малоисследованными.
Описание явления
Мощность выбрасываемой энергии достигает 6×10 25 Дж. В тротиловом эквиваленте это 160 млрд. Мт. Такое количество энергии человечество сможет потребить за 1 млн. лет.
Световые частицы достигают земной атмосферы за 8 минут. За ними следует мощный ионный поток, воздействующий на Землю в течение нескольких минут. Через 2 – 3 суток до планеты доходит плазменный поток.
С 70-х годов 20 века ежедневно производятся замеры интенсивности проявления солнечной активности, исходя из фонового показателя потока мягких рентгеновских лучей с длиной волны от 1 до 8 Ангстрем (в Вт/м 2 ) в пространстве около нашей планеты. Замеры делает спутниковый аппарат GOES-15. По результатам измерений выдается индекс интенсивности, отмечаемый латинской буквой и числом величины потока (от 1 до 9,9):
Причины вспышек на Солнце
То есть вращательная энергия звезды способна преобразовываться в магнитную, накапливающуюся и формирующую взрывы на поверхности.
Вследствие вспышки происходит огромный выброс плазмы. Плазменный поток, перемещаемый солнечным ветром, устремляется от звезды в сторону планет, вызывает на Земле магнитные бури, негативно влияющие на людей.
Влияние на Землю и человека
Вспышки на Солнце провоцируют геомагнитные бури, оказывающие влияние на людей, и на саму планету.
Наиболее сильно и исключительно негативно они влияют на работу радиотехнических приборов. Выходит из строя локационная и навигационная техника, воздушные и водные суда остаются без связи, создается угроза для жизни экипажа и пассажиров. Со сбоями работают GPS-устройства, мобильные телефоны.
Отрицательно влияют магнитные бури на самочувствие людей, особенно пожилых и больных. Человек чувствует апатию и бессилие, у него могут обостриться хронические болезни. Особенно опасны последствия солнечных вспышек для людей, имеющих гипертонию, тромбоз и прочие сердечно-сосудистые заболевания. Дело в том, что под влиянием бури происходит незначительное сгущение крови. Для здорового человека это не опасно, а у больного может вызвать инфаркт или инсульт.
Самая мощная в истории наблюдений вспышка случилась в 1859 году. Ее назвали супербурей Каррингтона в честь астронома, заметившего ее. Телеграфная система всего мира вышла из строя, а полярное сияние наблюдалось даже в Карибском бассейне! Настолько мощные бури происходят примерно раз в 500 лет.
Прогноз вспышек – задача непростая, поскольку наша звезда – объект непредсказуемый и неустойчивый. Прогнозированием занимается NASA. Посредством мониторинга изменений магнитного поля Солнца ученые дают примерный прогноз солнечной активности (максимум для 3-дневного срока). Точно предсказать явление невозможно.
Солнечная вспышка
Со́лнечная вспы́шка — взрывной процесс выделения энергии (световой, тепловой и кинетической) в атмосфере Солнца. Вспышки так или иначе охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону Солнца. Необходимо отметить, что солнечные вспышки и корональные выбросы массы являются различными и независимыми явлениями солнечной активности.
Продолжительность импульсной фазы солнечных вспышек обычно не превышает нескольких минут, а количество энергии, высвобождаемой за это время, может достигать миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте. Энергию вспышки традиционно определяют в видимом диапазоне электромагнитных волн по произведению площади свечения в линии излучения водорода Нα, характеризующей нагрев нижней хромосферы, на яркость этого свечения, связанную с мощностью источника.
| Буква | Интенсивность в пике (Вт/м 2 ) |
|---|---|
| A | меньше 10 −7 |
| B | от 1,0×10 −7 до 10 −6 |
| C | от 1,0×10 −6 до 10 −5 |
| M | от 1,0×10 −5 до 10 −4 |
| X | больше 10 −4 |
Измерения в разных диапазонах длин волн отражают разные процессы во вспышках. Поэтому корреляция между двумя индексами вспышечной активности существует только в статистическом смысле, так для отдельных событий один индекс может быть высоким, а второй низким и наоборот.
Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности или, более точно, вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Частота и мощность солнечных вспышек зависят от фазы 11-летнего солнечного цикла.
Солнечные вспышки имеют прикладное значение, например, при исследовании элементного состава поверхности небесного тела с разреженной атмосферой или при её отсутствии, выступая в роли возбудителя рентгеновского излучения для рентгенофлуоресцентных спектрометров, установленных на борту космических аппаратов.
Солнечная вспышка
Из Википедии — свободной энциклопедии
Со́лнечная вспы́шка — взрывной процесс выделения энергии (кинетической, световой и тепловой) в атмосфере Солнца. Вспышки так или иначе охватывают все слои солнечной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону Солнца. Солнечные вспышки часто, но не всегда, сопровождаются выбросом корональной массы. Энерговыделение мощной солнечной вспышки может достигать 6×10 25 джоулей, что составляет около 1 ⁄6 энергии, выделяемой Солнцем за секунду, или 160 млрд мегатонн в тротиловом эквиваленте, что, для сравнения, составляет приблизительный объем мирового потребления электроэнергии за 1 миллион лет.
Под действием магнитного поля происходит неожиданное сжатие солнечной плазмы, образуется плазменный жгут или лента (могут достигать в длину десятков или сотен тысяч километров), что приводит к взрыву. Солнечная плазма в этой области может нагреваться до температур порядка 10 млн К. Возрастает кинетическая энергия выбросов веществ, движущихся в короне и уходящих в межпланетное пространство со скоростями до 1000 км/с. Получают дополнительную энергию и значительно ускоряются потоки электронов, протонов и других заряженных частиц. Усиливается оптическое, рентгеновское, гамма- и радиоизлучение. [1]
Фотоны от вспышки достигают Земли примерно за 8,5 минут после её начала; далее в течение нескольких десятков минут доходят мощные потоки заряженных частиц, а облака плазмы от солнечной вспышки достигают нашей планеты только через двое-трое суток.
Что такое звездные вспышки и как они влияют на обитаемость планет?
Молодые звезды склонны к своеобразным «вспышкам гнева» — звездным вспышкам. Такое явление очень похоже на яростный выброс энергии — всего одна мощная вспышка может испепелить все вокруг себя, включая атмосферы близлежащих планет, которые только начинают формироваться. Рассказываем подробнее об этом явлении и о том, как звездные вспышки обнаруживают и почему их изучению уделяется особое внимание.
Читайте «Хайтек» в
Что такое звездные вспышки?
Звездные вспышки происходят на звездах типа UV Кита — это переменные звезды, которые резко и непериодически увеличивают светимость в несколько раз во всём диапазоне — от радиоволн до рентгеновского излучения.
Вспышки могут длиться от минут до нескольких часов, средний интервал между ними — от часа до десятков суток. Начало вспышки происходит гораздо быстрее, чем угасание, звезда может увеличить свой блеск вдвое всего за несколько секунд. Во время этого процесса резко меняется спектр звезды.
Ученые считают, что вспышки на Солнце имеют примерно ту же природу, хотя они и гораздо слабее. Причем они слабее не только по относительной величине (Солнце значительно ярче красных карликов, показывающих вспышки типа UV Кита), но и по количеству высвобождаемой энергии.
Явление звездных вспышек объясняется увеличением энергии инфракрасных фотонов при столкновениях с быстрыми электронами в ходе обратного комптон-эффекта или «гипотезой быстрых электронов».
Как изучают звездные вспышки и почему это важно?
Определение частоты извержений молодых звезд помогает ученым понять, где искать обитаемые планеты. Но до сих пор поиск этих вспышек включал изучение на глаз более тысячи изменений яркости звезд — кривых блеска.
Международная группа ученых решила упростить этот процесс, использовав машинное обучение. Это позволит сделать поиск этих явлений более быстрым и эффективным. Для этого астрономы научили нейронную сеть обнаруживать характерные световые узоры звездной вспышки.
«С помощью нейронной сети мы смогли найти более 23 000 вспышек на тысячах молодых звезд», — объясняет доктор Монтет, преподаватель в Университете Нового Южного Уэльса в Австралии и соавтор исследования.
«Обнаружение звездных вспышек, которые могут быть смертельными для развивающихся атмосфер близлежащих планет, поможет сосредоточиться на поисках пригодных для жизни планет».
Результаты, опубликованные в Astronomical Journal, демонстрируют перспективное использование ИИ в астрономии, а также лучшее понимание эволюции молодых звезд и их планет.
«Конечно, когда мы говорим о „молодых“ звездах, то имеем в виду возраст от миллиона до 800 млн лет, — подчеркивает Адина Файнштейн, аспирантка Чикагского университета и первый автор статьи. — Любые планеты около звезды все еще формируются в этот момент. Это особенно важное время, и вспышка от звезды может легко испарить любую воду или атмосферу».
Телескоп НАСА TESS, установленный на борту спутника, который вращается вокруг Земли с 2018 года, специально разработан для поиска экзопланет. Вспышки от далеких звезд появляются на изображениях TESS, но традиционным алгоритмам сложно определить их форму.
Однако нейронные сети особенно хороши в поиске закономерностей — таких, как искусственный интеллект Google, который выбирает, например, автомобили из всех изображений в интернете, — и астрономы все чаще обращаются к ним для классификации астрономических данных.
Файнштейн и Монтет работали с группой ученых из НАСА, Института Флэтайрона, Национальной ускорительной лаборатории Ферми, Массачусетского технологического института и Техасского университета в Остине, чтобы собрать набор идентифицированных и «не-вспышек» для обучения нейронной сети.
И нейронная сеть оказалась действительно полезной для обнаружения небольших вспышек. Их действительно трудно найти другими методами, объясняют исследователи.
Убедившись в производительности нейронной сети, исследователи применили ее к полному набору данных, в котором было предоставлено более 3 200 звезд. Ученые обнаружили, что у таких звезд, как наше Солнце, было всего несколько вспышек, и они, похоже, исчезли через 50 млн лет после рождения звезды. Это хорошая новость для человечества.
«Более спокойная звездная среда означает, что у атмосферы планеты есть больше шансов на выживание», — подчеркивает Файнштейн.
Напротив, более холодные звезды, называемые красными карликами, вспыхивают гораздо чаще. У маленьких каменистых планет, которые обращаются вокруг таких звезд мало шансов на создание жизни.
Кстати, ученые хотят адаптировать нейронную сеть для поиска планет, скрывающихся вокруг молодых звезд.
В поисках обитаемых планет
В другом исследовании, опубликованном в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society: Letters, подтвердилась теория о том, что звездные вспышки не особо способствуют появлению жизни на молодых планетах. Кроме того, ученые вывили закономерность между интенсивностью звездных вспышек и их влиянию на атмосферу планет.
Международная команда ученых выяснила, какие звезды с наибольшей вероятностью будут содержать обитаемые экзопланеты, на основе рассчитанных темпов эрозии планетных атмосфер.
Исследователи доказали, что частые вспышки с низкой энергией оказывают большее воздействие на атмосферу экзопланеты, чем менее частые, но высокоэнергетичные вспышки. Больше шансов на возникновение жизни у планет, на родительских звездах которых замечены слабые и редкие вспышки. К таким звездам относится, например, наше Солнце. Хорошая новость для землян! Исследователи также выяснили, как разные типы звезд производят экстремальное ультрафиолетовое излучение (XUV) в результате звездных вспышек и как это влияет на близлежащие планеты.
Важно понимать, что способность поддерживать атмосферу — одно из важнейших требований для обитаемости планеты. Поскольку эффекты звездной активности не были достаточно изучены, исследование ученых из Центра космических наук Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (NYUAD) упростит изучение экзопланет на предмет обитаемости. Это исследование также подчеркивает необходимость лучшего численного моделирования атмосферного ускользания — того, как планеты выбрасывают атмосферные газы в космос — поскольку это может привести к эрозии атмосферы и уменьшению пригодности планеты для жизни.
Учитывая непосредственную близость экзопланет к звездам, важно понимать, как «космическая погода» на них, может повлиять на обитаемость экзопланет. Следующим шагом ученых будет расширение набора данных для анализа звездных вспышек от большего количества звезд. Цель — увидеть долгосрочные эффекты звездной активности на атмосферу экзопланет и найти потенциально пригодные из них для жизни.
Солнечные вспышки
Вспышки на Солнце представляют собой взрывы, вследствие которых выделяется энергетический поток в объёме около 160 млрд мегатонн. Они затрагивают абсолютно все слои атмосферы нашей звезды – фото-, хромосферу и корону. Что это за явление, почему оно образуется, и к каким последствиям оно приводит, будет рассмотрено в статье.
Общее описание
Солнечные вспышки протекают в нескольких фазах, основная из них – импульсная. Её длительность, как правило, составляет пару минут, а объём энергии, которая высвобождается за весь этот отрезок времени, равен миллиардам мегатонн. Энергетический поток, как правило, определяется в заметном диапазоне волн.
В 1970 г. было предложено использование специальной классификации взрывов у солнечной поверхности. Внедрил её Д. Бейкер. Она основывается на проведении измерений амплитуды всплеска в диапазоне от 0,5 до 10 кэВ. На основании данной градации солнечные вспышки получают балл в виде буквы, за которой следует индекс. Он определяется величиной пика интенсивности излучения.
Индекс является своего рода уточнением параметра интенсивности вспышки и находится в диапазоне от 1,0 до 9,9. Для букв «X» этот показатель увеличивается. Фиксирование излучения Солнца стало доступным только после того, как был произведён запуск «Спутника-2», и было использовано специальное оборудование. Поэтому официальные уточнённые данные об этих показателях до 1957 г. отсутствуют.
Причины появления
Вспышки на Солнце появляются непросто так, а по определённым причинам. Как и любая другая звезда, наше светило – огромный шар, состоящий из газа. Его вращение происходит вокруг собственной оси, скорость вращения разных частей неодинакова: на полюсах явления протекают медленнее, на экваторе – быстрее. В результате происходит закручивание магнитного поля с плазмой, а также его усиление, что приводит к его подъёму на поверхность. В этих зонах в связи с повышением активности образуются вспышки на Солнце.
Говоря простыми словами, энергия, выделяемая в процессе вращения светила, может становиться магнитной. А в тех областях, где ее выделяется слишком много, появляются взрывы. Этот процесс можно сопоставить с принципом работы электрической лампочки, подключаемой к сети. В случае чрезмерного повышения напряжения происходит её перегорание.
Прогнозы учёных
Если принимать во внимание уровень негативного влияния и опасность, которую несут в себе солнечные вспышки, можно сделать вывод о важности их прогнозирования. Так что учёные постоянно находятся в поиске действенных методик прогнозирования. В течение длительного времени синоптики применяли следующие способы:
Учёные давно пришли к выводу о взаимосвязи между корональным происхождением и магнитной природой вспышек. Поэтому в целях создания более качественных прогнозов придётся объединять обе методики.
Влияние и степень опасности
Солнечные вспышки на сегодняшний день играют прикладную роль в ходе исследования поверхности звезды, а именно – её элементарного состава. Они представляют собой не что иное, как возбудитель излучения для спектрометров, которые присутствуют на бортах суден, отправляемых в космос.
Основными факторами, влияющими на процесс образования ионосферы, является УФ излучение и рентгеновские лучи. Они приводят к значительным изменениям свойств верхней атмосферы и повышению ее плотности. Это значит, что плотность становится выше, а высота движения спутников искусственного происхождения – моментально снижается.
Плазменные облака, выброс которых происходит в процессе этих взрывов, влекут за собой появление геомагнитных бурь. Они, в свою очередь, оказывают негативное влияние на технические приспособления и самочувствие людей. Наряду с этим вследствие вспышек происходит полярное сияние. Изучением данного вопроса занимаются гелиобиологи.
Геомагнитные бури
Вспышки на Солнце – причина бурь. Они представляют собой возмущение поля, продолжающееся от нескольких часов до пары дней. Это – одно из существенных направлений геомагнитной активности. Они спровоцированы поступлением в окрестности планеты Земля возмущённых потоков, а также их взаимосвязью с магнитосферой.
Частоты, с которой появляются такие бури, коррелирует с 11-летним циклом активности звезде. Если средняя частота равна 30 бурь в год, их количество может равняться 1-2 явления поблизости от минимума и 50 – от максимума. Это говорит о том, что солнечные вспышки действительно оказывают влияние на окружающие обстоятельства и требуют детального прогнозирования.
Особенности классификации
Как уже отмечалось, вспышки на Солнце приводят к появлению магнитных бурь, которые, в свою очередь, делятся на разновидности (по индексу).
Все эти параметры позволяют изучать солнечные вспышки максимально подробно и делать соответствующие выводы об их особенностях.
Роль в зарождении жизни
Вспышки на Солнце играют важную роль в зарождении жизни на Земле. По крайней мере, такую гипотезу выдвигают многие современные учёные. Дело в том, что взрывы поспособствовали разогреву нашей планеты. В итоге выбрасываемый энергетический поток привел к тому, что строение простых молекул значительно усложнилось.
Порядка 4 млрд лет тому назад Земле доставалось только 70% солнечной энергии в сравнении с тем, что есть в настоящее время. Это говорит о том, что планета должна была представлять собой шар изо льда. Тем не менее, геологические свидетельства утверждают, что она всегда была тёплой и содержала огромные массы жидкой воды. По-научному данный феномен называется «Парадокс слабого молодого Солнца».
Звезда производит вспышки, а также выбросы масс, однако они не настолько интенсивны. Планета имеет внушительное магнитное поле, которое обеспечивает защиту от большей части энергии. Расчёты экспертов показывают, что элементы космической погоды направлялись вниз вдоль линий магнитного поля, а затем врезались в молекулы азота, находившиеся в атмосфере, что приводило к изменению химического состава и формированию условий для жизни. Наряду с этим чрезмерно большое количество энергии, которую дают солнечные вспышки, может оказаться губительным.
Таким образом, рассматриваемое явление, несмотря на относительную изученность, для учёных является загадкой и требует более тщательного исследования.