home    книги    переводы    статьи    форум    ресурсы    обо мне    English

Солнечные вспышки и увеличение светимости

 

То, что нам известно о Солнце, не даёт оснований для беспокойства. Солнце не может взорваться. Только наличие неизвестных нам или крайне маловероятных процессов может привести к вспышке (коронарному выбросу), которая сильно опалит землю в XXI веке. Но у других звёзд бывают вспышки, в миллионы раз превосходящие солнечные. Однако изменение светимости солнца оказывает влияние на изменение климата земли, что доказывает совпадение времени малого ледникового периода в XVII веке с минимумом солнечных пятен Маундера[i]. Возможно, с колебаниями светимости связаны и ледниковые периоды.

Процесс постепенного увеличения светимости солнца (на 10 процентов каждые миллиард лет[ii]) приведёт к выкипанию океанов – с учётом других факторов потепления –  в течение 1 млрд. лет[iii] (то есть гораздо раньше, чем солнце станет красным гигантом и, тем более, белым карликом). Однако по сравнению с исследуемым нами промежутком в 100 лет этот процесс незначителен (если только он не сложился вместе с другими процессами, ведущими к необратимому глобальному потеплению – см. далее).

Есть предположения, что по мере выгорания водорода в центральной части Солнца, что уже происходит, будет расти не только светимость Солнца (светимость растёт за счёт роста его размеров, а не температуры поверхности), но и нестабильность его горения. Возможно, что последние ледниковые периоды связаны с этим уменьшением стабильности горения. Это понятно на следующей метафоре: когда в костре много дров, он горит ярко и устойчиво, но когда большая часть дров прогорает, он начинает то немного гаснуть, то ярко вспыхивать снова, когда находит несгоревшую ветку.

Уменьшение концентрации водорода в центре солнца может спровоцировать такой процесс как конвекцию, которая обычно в ядре Солнца не происходит, в результате чего в ядро поступит свежий водород[iv]. Возможен ли такой процесс, будет ли он плавным или катастрофическим, займёт ли годы или миллионы лет, трудно сказать. Шкловский предполагал[v], что в результате конвекций температура Солнца падает каждые 200 млн. лет на период порядка 10 млн., и что мы живём в середине такого периода. То есть опасно завершение этого процесса, когда свежее топливо наконец поступит в ядро и светимость солнца возрастёт. (Однако это маргинальная теория, и в настоящий момент разрешена одна из основных проблем, которая её породила – проблема солнечных нейтрино.)

Важно, однако, подчеркнуть, что как сверхновая или новая Солнце, исходя из наших физических представлений, вспыхнуть не может.

Вместе с тем, чтобы прервать разумную жизнь на Земле, Солнцу достаточно разогреться на 10 процентов за 100 лет (что повысило бы температуру на Земле на 10-20 градусов без парникового эффекта, но с учётом парникового эффекта бы, скорее всего, оказалось выше критического порога необратимого потепления). Такие медленные и редкие изменения температуры звёзд солнечного типа было бы трудно заметить астрономическими методами при наблюдении солнцеподобных звёзд – поскольку только недавно достигнута необходимая точность оборудования. (Кроме того, возможен логический парадокс следующего вида: солнцеподобные звёзды – это стабильные звёзды спектрального класса G7 по определению. Не удивительно, что в результате их наблюдения мы обнаруживаем, что эти звёзды стабильны.)

Итак, один из вариантов глобальной катастрофы состоит в том, что в результате неких внутренних процессов светимость солнца устойчиво возрастёт на опасную величину (и мы знаем, что рано или поздно это произойдёт). В настоящий момент Солнце находится на восходящем вековом тренде своей активности, но никаких особых аномалий в его поведении замечено не было. Вероятность того, что это случится именно в XXI веке, – ничтожно мала.

Второй вариант глобальной катастрофы, связанной с Солнцем, состоит в том, что сложатся два маловероятных события – на Солнце произойдёт очень крупная вспышка и выброс этой вспышки будет направлен на Землю. В отношении распределения вероятности такого события можно предположить, что здесь действует тот же эмпирический закон, что и относительно землетрясений и вулканов: 20 кратный рост энергии события приводит к 10 кратному снижению его вероятности (закон повторяемости Гутенберга–Рихтера). В XIX веке наблюдалась вспышка в 5 раз, по современным оценкам, более сильная, чем самая сильная вспышка в XX веке. Возможно, что раз в десятки и сотни тысяч лет на солнце происходят вспышки, аналогичные по редкости и масштабности земным извержениям супервулканов. Всё же это крайне редкие события. Крупные солнечные вспышки, даже если они не будут направлены на Землю, могут несколько увеличить солнечную светимость и привести к дополнительному нагреву Земли. (Обычные вспышки дают вклад не более 0,1 процента). Верхний предел энергии Солнечной вспышки, как показывает Арнон Дар[vi], составляет одну треть от энергии, ежесекундно излучаемой Солнцем, и ограничен полной энергией магнитного поля Солнца[vii].

В настоящий момент человечество неспособно как-либо повлиять на процессы на Солнце, и это выглядит гораздо более сложным, чем воздействие на вулканы. Идеи сброса водородных бомб на Солнце для инициирования термоядерной реакции выглядят неубедительно (однако такие высказывались, что говорит о неутомимых поисках человеческим умом оружия судного дня).

Есть довольно точно просчитанный сценарий воздействия на Землю магнитной составляющей солнечной вспышки. При наихудшем сценарии (что зависит от силы магнитного импульса и его ориентации – он должен быть противоположен земному магнитному полю), эта вспышка создаст сильнейшие наводки в электрических цепях линий дальней передачи электроэнергии, что приведёт к выгоранию трансформаторов на подстанциях. В нормальных условиях обновление трансформаторов занимает 20-30 лет, и если все они сгорят, то заменить их будет нечем, поскольку потребуются многие годы на производство аналогичного количества трансформаторов, что будет трудно организовать без электричества. Такая ситуация вряд ли приведёт к человеческому вымиранию, но чревата мировым глобальным экономическим кризисом и войнами, что может запустить цепь дальнейшего ухудшения. Вероятность такого сценария трудно оценить, так как мы обладаем электрическими сетями только примерно сто лет.



[ii] Р.Киппенхан. «100 миллиардов СОЛНЦ». http://www.universe.boom.ru/100.html

«Что же будет дальше? Что произойдет, когда все больше водорода будет выгорать и в центре Солнца будет накапливаться гелий? Модельные расчеты показывают прежде всего, что в ближайшие 5 миллиардов лет практически ничего не изменится. Солнце будет медленно (как показано на рис. 5.1) перемещаться вверх по своему пути развития на диаграмме Г-Р. Светимость Солнца при этом будет постепенно повышаться, а температура на его поверхности вначале станет чуть выше, а затем начнет медленно снижаться. Но все эти изменения будут невелики. Через 10 миллиардов лет после начала горения водорода светимость Солнца будет всего в два раза выше нынешней».

[iii] График продуктивности жизни и светимости солнца, где ноль – через 800 млн. лет - г. Александровский. бегство от умирающего солнца.  наука и жизнь, 08, 2001г. http://nauka.relis.ru/05/0108/05108042.htm

[iv] Шкловский «Звёзды: их рождение, жизнь и смерть».

«Возраст Солнца известен – около 5 миллиардов лет. За такой огромный срок уже можно ожидать некоторого уменьшения содержания водорода в центральной части нашего светила, так как заметная часть первоначального запаса водородного горючего Солнца уже израсходована – все-таки Солнце светит очень долго... Тут-то и кроется известная неопределенность в расчете модели Солнца, которая должна быть неоднородной. Какой процент солнечного водорода выгорел и в каком объеме?».

[v] Там же, c. 169.

[vi] Arnon Dar.  Influence of Supernovae, gamma-ray bursts, solar flares, and cosmic rays on the terrestrial environment в книге Global catastrophic risks, 2008 русский перевод: См. Арнон Дар. Влияние сверхновых, гамма-всплесков, солнечных вспышек и космических лучей на земную окружающую среду.http://www.scribd.com/doc/10310965/-

[vii] Arnon Dar, Ibid.