stringtranslate.com

Событие в Кэррингтоне

Событие Кэррингтона было самой интенсивной геомагнитной бурей в истории, достигшей пика 1–2 сентября 1859 года во время 10-го солнечного цикла . Оно создало сильные полярные сияния, о которых сообщалось по всему миру, и вызвало искрение и даже пожары на телеграфных станциях. [1] Геомагнитная буря, скорее всего, была результатом коронального выброса массы (CME) из Солнца , столкнувшегося с магнитосферой Земли . [2]

Геомагнитная буря была связана с очень яркой солнечной вспышкой 1 сентября 1859 года. Она была независимо обнаружена и зарегистрирована британскими астрономами Ричардом Каррингтоном и Ричардом Ходжсоном — первыми зафиксировавшими солнечную вспышку. Геомагнитная буря такой величины, происходящая сегодня, может вызвать широкомасштабные электрические сбои, отключения и повреждения из-за продолжительных отключений электросети . [ 3] [4] [5]

История

Геомагнитная буря

Изображение солнечной бури в июле 2012 года , которая вызвала корональные выбросы массы, сопоставимые по силе с выбросами 1859 года. Маленький яркий круг в световом экране демонстрирует размер Солнца.

1 и 2 сентября 1859 года произошла одна из самых мощных геомагнитных бурь (зафиксированная наземными магнитометрами ). [6] Оценки силы бури ( Dst ) варьируются от −0,80 до −1,75  мкТл . [7]

Считается, что геомагнитная буря была вызвана большим выбросом корональной массы (CME), который двигался прямо к Земле, за 17,6 часов преодолев расстояние в 150 × 10 6  км (93 × 10 6  миль). Обычно CME требуется несколько дней, чтобы достичь Земли, но считается, что относительно высокая скорость этого CME стала возможной благодаря предыдущему CME, возможно, вызвавшему крупное полярное сияние 29 августа, которое «расчистило путь» окружающей солнечной ветровой плазме для события Кэррингтона. [8]^^

Сопутствующая солнечная вспышка

Незадолго до полудня 1 сентября 1859 года английские астрономы-любители Ричард Кэррингтон и Ричард Ходжсон независимо друг от друга записали самые ранние наблюдения солнечной вспышки. [8] Кэррингтон и Ходжсон составили независимые отчеты, которые были опубликованы бок о бок в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , и представили свои рисунки события на заседании Королевского астрономического общества в ноябре 1859 года . [9] [10]

Из-за эффекта геомагнитной солнечной вспышки («магнитного крючка») [11], обнаруженного в записях магнитометра обсерватории Кью шотландским физиком Бальфуром Стюартом , и геомагнитной бури, наблюдавшейся на следующий день, Каррингтон заподозрил солнечно-земную связь. [12] Однако он не был уверен, связаны ли эти два явления, написав, что «одна ласточка не делает лета». [9] Всемирные отчеты о последствиях геомагнитной бури 1859 года были собраны и опубликованы американским математиком Элиасом Лумисом , которые подтверждают наблюдения Каррингтона и Стюарта. [13]

Влияние

Полярные сияния

Полярное сияние во время геомагнитной бури, которая, скорее всего, была вызвана выбросом корональной массы из Солнца 24 мая 2010 года, снято с Международной космической станции.

Полярные сияния были видны по всему миру в северном и южном полушариях. Северное сияние над Скалистыми горами в Соединенных Штатах было настолько ярким, что сияние разбудило золотодобытчиков, которые, как сообщалось, начали готовить завтрак, потому что думали, что уже утро. Также сообщалось, что люди на северо-востоке Соединенных Штатов могли читать газету при свете полярного сияния. [8] [14] Полярное сияние также было видно от полюсов до низкоширотных областей, таких как юго-центральная Мексика , [15] [16] Куба , Гавайи , Квинсленд , [17] южная Япония и Китай, [18] и даже на более низких широтах, очень близких к экватору, например, в Колумбии . [19]

В субботу 3 сентября 1859 года газета Baltimore American and Commercial Advertiser сообщила, что

Те, кто оказался на улице поздно вечером в четверг, имели возможность стать свидетелями еще одного великолепного явления полярного сияния. Явление было очень похоже на явление в воскресенье вечером, хотя временами свет был, если это возможно, более ярким, а призматические оттенки более разнообразными и великолепными. Казалось, свет покрывал весь небосвод, по-видимому, как светящееся облако, сквозь которое неясно сияли звезды большей величины. Свет был ярче, чем свет полной луны, но обладал неописуемой мягкостью и нежностью, которая, казалось, окутывала все, на чем он покоился. Между 12 и 1 часом, когда явление было в полной яркости, тихие улицы города, покоящиеся под этим странным светом, представляли собой прекрасный и необычный вид. [20]

В 1909 году австралийский золотоискатель по имени К. Ф. Герберт пересказал свои наблюдения в письме в Daily News в Перте :

Я искал золото в Роквуде, примерно в четырех милях [6 км] от городка Роквуд (Виктория) . Я и двое моих товарищей, выглядывая из палатки, увидели великолепное отражение в южном небе около 7 часов вечера, а примерно через полчаса представилась картина почти невыразимой красоты: огни всех мыслимых цветов исходили из южного неба, один цвет угасал только для того, чтобы уступить место другому, если возможно, более красивому, чем предыдущий, потоки поднимались к зениту, но всегда становились насыщенно-фиолетовыми, достигая его, и всегда закручивались, оставляя чистую полоску неба, которую можно описать как четыре пальца, вытянутые на расстоянии вытянутой руки. Северная сторона от зенита также была освещена прекрасными цветами, всегда закручивающимися в зените, но считалась всего лишь воспроизведением южного проявления, поскольку все цвета юга и севера всегда соответствовали друг другу. Это было зрелище, которое невозможно забыть, и в то время считалось величайшим зарегистрированным полярным сиянием [...]. Рационалист и пантеист видели природу в ее самых изысканных одеждах, признавая божественную имманентность, непреложный закон, причину и следствие. Суеверные и фанатичные имели мрачные предчувствия и считали это предзнаменованием Армагеддона и окончательного распада. [21]

Телеграфы

Из-за геомагнитного тока, вызванного электромагнитным полем , телеграфные системы по всей Европе и Северной Америке вышли из строя, в некоторых случаях вызывая у операторов удары током . [22] Телеграфные опоры высекали искры. [23] Некоторые операторы смогли продолжить отправлять и получать сообщения, несмотря на то, что отключили свои источники питания. [24] [25] Следующий разговор произошел между двумя операторами американской телеграфной линии между Бостоном, штат Массачусетс , и Портлендом, штат Мэн , в ночь на 2 сентября 1859 года и был опубликован в Boston Evening Traveler :

Оператор в Бостоне (оператору в Портленде): «Пожалуйста, полностью отключите аккумулятор [источник питания] на пятнадцать минут».

Оператор в Портленде: «Так и сделаю. Сейчас он отключен».

Бостон: «Мой отключен, и мы работаем с авроральным течением. Как вы воспринимаете мои тексты?»

Портленд: «Лучше, чем когда у нас включены батареи. – Ток приходит и уходит постепенно».

Бостон: «Иногда мой ток очень силен, и мы можем работать лучше без батареек, поскольку полярное сияние, похоже, попеременно то нейтрализует, то усиливает наши батареи, делая ток временами слишком сильным для наших релейных магнитов. Предположим, что мы работаем без батареек, пока на нас влияет эта проблема».

Портленд: «Очень хорошо. Мне продолжить работу?»

Бостон: «Да. Продолжайте».

Разговор продолжался около двух часов без использования батареи и исключительно с использованием тока, вызванного полярным сиянием. Это был первый зафиксированный случай, когда таким образом было передано более одного-двух слов. [26]

Похожие события

Еще одна сильная солнечная буря произошла в феврале 1872 года. [27] Менее сильные бури также произошли в 1921 году (это было сопоставимо по некоторым показателям), 1938 , 1941, 1958, 1959 и 1960 годах, когда было сообщено о широкомасштабных нарушениях радиосвязи. Вспышки и корональные выбросы массы солнечных бурь августа 1972 года были похожи на событие Кэррингтона по размеру и магнитуде; однако, в отличие от бурь 1859 года, они не вызвали экстремальную геомагнитную бурю. Геомагнитная буря марта 1989 года выбила электроэнергию на больших участках Квебека , в то время как солнечные бури Хэллоуина 2003 года зарегистрировали самые мощные солнечные взрывы, когда-либо зарегистрированные. 23 июля 2012 года была замечена солнечная супербуря «класса Кэррингтона» (солнечная вспышка, корональный выброс массы, солнечный электромагнитный импульс ), но ее траектория едва не прошла мимо Земли. [5] [28] Во время солнечных бурь в мае 2024 года северное сияние было замечено даже на юге, вплоть до Пуэрто-Рико. [29]

В июне 2013 года совместное предприятие исследователей из Lloyd's of London и Atmospheric and Environmental Research (AER) в США использовало данные о событии в Кэррингтоне, чтобы оценить стоимость аналогичного события в настоящее время только для США в размере от 600 млрд до 2,6 трлн долларов США (что эквивалентно от 774 млрд до 3,35 трлн долларов США в 2023 году [30] ), [3] что на тот момент равнялось примерно 3,6–15,5 процента годового ВВП.

Другие исследования искали сигнатуры крупных солнечных вспышек и корональных выбросов массы в углероде-14 в кольцах деревьев и бериллии-10 (среди других изотопов) в ледяных кернах. Сигнатура крупной солнечной бури была обнаружена для 774–775 и 993–994 годов . [31] [32] Уровни углерода-14, сохраненные в 775 году, предполагают событие примерно в 20 раз превышающее нормальные колебания активности Солнца и в 10 или более раз превышающее масштаб события Кэррингтона. [33] Событие в 7176 году до н. э. могло превзойти даже событие 774–775 годов на основе этих косвенных данных. [34]

Пока неясно , похожа ли физика солнечных вспышек на физику еще более крупных супервспышек . Солнце может отличаться по важным параметрам, таким как размер и скорость вращения, от типов звезд, которые, как известно, производят супервспышки. [32]

Другие доказательства

Ледяные керны , содержащие тонкие слои, богатые нитратом, были проанализированы для реконструкции истории прошлых солнечных бурь, предшествовавших надежным наблюдениям. Это было основано на гипотезе, что солнечные энергичные частицы будут ионизировать азот, что приведет к образованию оксида азота и других окисленных соединений азота, которые не будут слишком разбавлены в атмосфере перед тем, как выпадут вместе со снегом. [35]

Начиная с 1986 года некоторые исследователи утверждали, что данные из ледяных кернов Гренландии показали свидетельства отдельных событий солнечных частиц , включая событие Кэррингтона. [36] Однако более поздние исследования ледяных кернов подвергают эту интерпретацию серьезным сомнениям и показывают, что всплески нитратов, скорее всего, не являются результатом событий солнечных энергичных частиц, а могут быть вызваны земными событиями, такими как лесные пожары, и коррелируют с другими химическими сигнатурами известных шлейфов лесных пожаров. События нитратов в кернах из Гренландии и Антарктиды не совпадают, поэтому гипотеза о том, что они отражают события протонов, теперь находится под серьезным сомнением. [35] [37] [38]

Исследование 2024 года проанализировало оцифрованные показания магнитограмм из магнитных обсерваторий в Кью и Гринвиче . «Первоначальный анализ предполагает, что скорость изменения поля более 700 нТл/мин превысила экстремальное значение 1 раз в 100 лет в 350–400 нТл/мин на этой широте, основанное на записях цифровой эпохи», [39] что указывает на гораздо большую скорость изменения, чем современные цифровые измерения. [40]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кимбалл, Д.С. (апрель 1960 г.). «Исследование полярного сияния 1859 года» (PDF) . Геофизический институт при Университете Аляски . Получено 28 ноября 2021 г.
  2. ^ Tsurutani, BT (2003). "Экстремальная магнитная буря 1–2 сентября 1859 года". Journal of Geophysical Research . 108 (A7): 1268. Bibcode : 2003JGRA..108.1268T. doi : 10.1029/2002JA009504 . Получено 28 ноября 2021 г.
  3. ^ ab Риск солнечной бури для североамериканской электросети (PDF) . Lloyd's of London и Atmospheric and Environmental Research, Inc. 2013. Получено 17 февраля 2022 г.
  4. ^ Бейкер, Д. Н. и др. (2008). Тяжелые космические погодные явления — понимание социальных и экономических последствий . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academy Press. doi : 10.17226/12507. ISBN 978-0-309-12769-1.
  5. ^ ab Phillips, Dr. Tony (23 июля 2014 г.). "Near miss: The solar superstorm of July 2012". NASA . Получено 26 июля 2014 г. .
  6. ^ Cliver, EW; Svalgaard, L. (2005). «Солнечно-земное возмущение 1859 года и текущие пределы экстремальной активности космической погоды» (PDF) . Solar Physics . 224 (1–2): 407–422. Bibcode :2004SoPh..224..407C. doi :10.1007/s11207-005-4980-z. S2CID  120093108.
  7. ^ "Почти промах: Солнечная супербуря июля 2012 года". NASA Science . Получено 14 сентября 2016 года .
  8. ^ abc Оденвальд, Стен Ф. ; Грин, Джеймс Л. (28 июля 2008 г.). «Подготовка спутниковой инфраструктуры к солнечной супербуре». Scientific American . 299 (2): 80–87. doi :10.1038/scientificamerican0808-80 (неактивен 1 ноября 2024 г.). PMID  18666683 . Получено 16 февраля 2011 г. .{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  9. ^ ab Carrington, RC (1859). «Описание особого явления, увиденного на Солнце 1 сентября 1859 года». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 20 : 13–15. Bibcode :1859MNRAS..20...13C. doi : 10.1093/mnras/20.1.13 .
  10. ^ Ходжсон, Р. (1859). «О любопытном явлении, замеченном на Солнце». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 20 : 15–16. Bibcode :1859MNRAS..20...15H. doi : 10.1093/mnras/20.1.15 .
  11. ^ Томпсон, Ричард (24 сентября 2015 г.). «Эффект солнечной вспышки». Службы космической погоды. Австралийское правительственное бюро метеорологии. Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 г. Получено 2 сентября 2015 г.
  12. ^ Кларк, Стюарт (2007). Короли Солнца: Неожиданная трагедия Ричарда Кэррингтона и история о том, как началась современная астрономия. Принстон, Нью-Джерси: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12660-9.[ нужна страница ]
  13. ↑ 9 статей Э. Лумиса, опубликованных с ноября 1859 г. по июль 1862 г. в Американском научном журнале по теме «Великая авроральная выставка», 28 августа – 4 сентября 1859 г.:
  14. ^ Lovett, RA (2 марта 2011 г.). «Что, если бы сегодня случилась самая большая солнечная буря за всю историю наблюдений?». National Geographic News . Архивировано из оригинала 5 марта 2011 г. Получено 5 сентября 2011 г.
  15. ^ Хаякава, Х. (2018). «Низкоширотные полярные сияния во время экстремальных космических погодных явлений в 1859 году». The Astrophysical Journal . 869 (1): 57. arXiv : 1811.02786 . Bibcode : 2018ApJ...869...57H. doi : 10.3847/1538-4357/aae47c . S2CID  119386459.
  16. ^ Гонсалес-Эспарса, JA; Куевас-Кардона, MC (2018). "Наблюдения за красным сиянием на низких широтах в Мексике во время геомагнитной бури в Кэррингтоне 1859 года". Космическая погода . 16 (6): 593. Bibcode : 2018SpWea..16..593G. doi : 10.1029/2017SW001789 .
  17. ^ Грин, Дж. (2006). «Продолжительность и масштабы великой авроральной бури 1859 года». Advances in Space Research . 38 (2): 130–135. Bibcode : 2006AdSpR..38..130G. doi : 10.1016/j.asr.2005.08.054. PMC 5215858. PMID  28066122. 
  18. ^ Хаякава, Х. (2016). «Восточноазиатские наблюдения за полярными сияниями в низких широтах во время магнитной бури Кэррингтона». Публикации Астрономического общества Японии . 68 (6): 99. arXiv : 1608.07702 . Бибкод : 2016PASJ...68...99H. doi : 10.1093/pasj/psw097. S2CID  119268875.
  19. ^ Морено Карденас, Фредди; Кристанчо Санчес, Серхио; Варгас Домингес, Сантьяго; Хаякава, Сатоши; Кумар, Сандип; Мукерджи, Шьямоли; Винадхари, Б. (2016). «Большое северное сияние, замеченное в Колумбии в 1859 году». Достижения в космических исследованиях . 57 (1): 257–267. arXiv : 1508.06365 . Бибкод : 2016AdSpR..57..257M. дои : 10.1016/j.asr.2015.08.026. S2CID  119183512.
  20. ^ "The Aurora Borealis". Baltimore American and Commercial Advertiser . 3 сентября 1859 г. стр. 2, столбец 2. Получено 16 февраля 2011 г.
  21. ↑ Герберт, граф Фрэнк (8 октября 1909 г.). «Великое сияние 1859 года». The Daily News . Перт, Западная Австралия. стр. 9. Получено 1 апреля 2018 г.
  22. ^ Экстремальные космические погодные явления – понимание социальных и экономических последствий: отчет о семинаре. Комитет по социальным и экономическим последствиям экстремальных космических погодных явлений: семинар, Национальный исследовательский совет (отчет). National Academies Press. 2008. стр. 13. ISBN 978-0-309-12769-1.
  23. ^ Оденвальд, Стен Ф. (2002). 23-й цикл . Издательство Колумбийского университета. п. 28. ISBN 978-0-231-12079-1– через archive.org.
  24. ^ Карлович, Майкл Дж.; Лопес, Рамон Э. (2002). Штормы от Солнца: зарождающаяся наука о космической погоде . National Academies Press. стр. 58. ISBN 978-0-309-07642-5.
  25. ^ Лумис, Элиас; Кингстон, ГП; Лайман, К.С.; Твининг, Александр К.; Кирквуд, Дэниел; Корнетт, А.; Пои, Андреас; Траск, Джон Б.; и др. (1859). «Великая авроральная выставка с 28 августа по 4 сентября 1859 года». Американский научный журнал . 2-я серия. 28 (84): 385. [...] в более чем одном случае северная и южная [телеграфные] линии работали в дневное время 3 сентября исключительно под влиянием атмосферы!
  26. ^ Грин, Джеймс Л.; Бордсен, Скотт; Оденвальд, Стен; Хамбл, Джон; Пазамицкас, Кэтрин А. (1 января 2006 г.). «Сообщения очевидцев о великой авроральной буре 1859 года». Достижения в космических исследованиях . Великая историческая геомагнитная буря 1859 года: современный взгляд. 38 (2): 145–154. Bibcode : 2006AdSpR..38..145G. doi : 10.1016/j.asr.2005.12.021. hdl : 2060/20050210157 . ISSN  0273-1177.
  27. ^ Хаякава, Хисаши и др. (2023). «Экстремальное космическое погодное событие февраля 1872 года: солнечные пятна, магнитные возмущения и полярные сияния». The Astrophysical Journal . 959 (23): 23. Bibcode :2023ApJ...959...23H. doi : 10.3847/1538-4357/acc6cc .
  28. ^ Выброс корональной массы класса «Кэррингтон» едва не задел Землю (видео). NASA . 28 апреля 2014 г. Событие произошло в 04:03 . Получено 26 июля 2014 г. – через YouTube.
  29. ^ Гарофало, Мередит (13 мая 2024 г.). «Как гигантское солнечное пятно вызвало солнечные бури, породившие глобальные полярные сияния, которые просто ослепили нас всех». Space.com . Архивировано из оригинала 15 мая 2024 г. Получено 15 мая 2024 г.
  30. ^ Джонстон, Луис; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2023). «Каков был ВВП США тогда?». MeasuringWorth . Получено 30 ноября 2023 г. .Данные дефлятора валового внутреннего продукта США соответствуют серии MeasuringWorth .
  31. ^ Хадсон, Хью С. (2021). «События Кэррингтона». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 59 : 445–477. Bibcode : 2021ARA&A..59..445H. doi : 10.1146/annurev-astro-112420-023324 . ISSN  0066-4146. S2CID  241040835.
  32. ^ ab Баттерсби, Стивен (19 ноября 2019 г.). «Основная концепция: каковы шансы опасной солнечной супервспышки?». Труды Национальной академии наук . 116 (47): 23368–23370. Bibcode : 2019PNAS..11623368B. doi : 10.1073/pnas.1917356116 . ISSN  0027-8424. PMC 6876210. PMID 31744927  . 
  33. ^ Крокетт, Кристофер (17 сентября 2021 г.). «Готовы ли мы? Понимание того, насколько большими могут быть солнечные вспышки». Knowable Magazine . doi : 10.1146/knowable-091721-1 . S2CID  239204944 . Получено 30 сентября 2021 г. .
  34. ^ Paleari, Chiara I.; F. Mekhaldi; F. Adolphi; M. Christl; C. Vockenhuber; P. Gautschi; J. Beer; N. Brehm; T. Erhardt; H.-A. Synal; L. Wacker; F. Wilhelms; R. Muscheler (2022). "Космогенные радионуклиды обнаруживают экстремальную солнечную бурю частиц вблизи солнечного минимума 9125 лет назад". Nat. Commun . 13 (214): 214. Bibcode :2022NatCo..13..214P. doi :10.1038/s41467-021-27891-4. PMC 8752676 . PMID  35017519. 
  35. ^ ab Wolff, EW; Bigler, M.; Curran, MAJ; Dibb, J.; Frey, MM; Legrand, M. (2012). «Событие Кэррингтона не наблюдалось в большинстве записей нитратов ледяных кернов». Geophysical Research Letters . 39 (8): 21, 585, 598. Bibcode : 2012GeoRL..39.8503W. doi : 10.1029/2012GL051603 .
  36. ^ Маккракен, К. Г.; Дрешхофф, Г. А. М.; Целлер, Э. Дж.; Смарт, Д. Ф.; Ши, М. А. (2001). «События, связанные с солнечными космическими лучами в период 1561–1994 гг. – 1. Идентификация в полярных льдах, 1561–1950 гг.». Журнал геофизических исследований . 106 (A10): 21, 585, 598. Bibcode : 2001JGR...10621585M. doi : 10.1029/2000JA000237 .
  37. ^ Дудерштадт, КА; и др. (2014). «Отложение нитратов на поверхности снега в Саммите, Гренландия, после солнечного протонного события 9 ноября 2000 года». Журнал геофизических исследований: Атмосферы . 119 (11): 6938–6957. Bibcode : 2014JGRD..119.6938D. doi : 10.1002/2013JD021389 .
  38. ^ Мехальди, Ф.; МакКоннелл-младший; Адольфи, Ф.; Арьенцо, ММ; Челлман, Нью-Джерси; Маселли, О.Дж.; и др. (ноябрь 2017 г.). «Никаких одновременных событий повышения содержания нитратов в кернах полярного льда после крупнейших известных солнечных бурь». Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 122 (21): 11, 900–911, 913. Бибкод : 2017JGRD..12211900M. дои : 10.1002/2017JD027325 .
  39. ^ Бегган, компакт-диск; Кларк, Э.; Лоуренс, Э.; Итон, Э.; Уильямсон, Дж.; Мацумото, К.; Хаякава, Х. (29 февраля 2024 г.). «Оцифрованные непрерывные магнитные записи штормов в августе/сентябре 1859 года из Лондона, Великобритания». Космическая погода . 22 (3). Бибкод : 2024SpWea..2203807B. дои : 10.1029/2023SW003807 . ISSN  1542-7390.
  40. ^ Luntz, Stephen (25 марта 2024 г.). «Самая большая в истории солнечная буря, событие Кэррингтона, оказалась даже больше, чем мы предполагали». IFLScience . Получено 26 марта 2024 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки