Может ли магнитная буря быть в ясную, хорошую погоду?

Если вы когда-нибудь открывали прогноз космической погоды в яркий, тихий день с синим небом и видели предупреждение о геомагнитной буре, вы, возможно, слегка недоумевали. Какая может быть «буря», когда на улице прекрасная погода? Короткий ответ прост и успокаивает: да, магнитная буря вполне может идти в то время, когда у вас солнечно, сухо и безветренно. Это два совершенно разных вида «погоды» с совершенно разными причинами. В этой статье простым языком объясняется, почему так происходит, — чтобы в следующий раз, когда одно будто бы противоречит другому, всё было понятно.

Два совершенно разных вида «погоды»

Когда мы говорим о погоде в обычной жизни, мы имеем в виду состояние воздуха вокруг нас: температуру, влажность, ветер, облачность, осадки и колебания атмосферного давления. Иногда её называют земной, или тропосферной, погодой — потому что она формируется в самом нижнем слое атмосферы, тропосфере, где мы живём и дышим.

Магнитная буря (точнее, геомагнитная буря) — явление совсем другого рода. Это разновидность космической погоды: временное возмущение магнитного поля Земли, вызванное активностью Солнца. Как формулирует NASA, космическая погода — это «условия в Солнечной системе, создаваемые активностью Солнца», и она «очень сильно отличается от погоды на Земле». Земная погода — это воздух, вода и давление; космическая погода, напротив, разворачивается в почти полном вакууме космоса и состоит из излучения и потоков заряженных частиц, идущих от Солнца.

У них разные «дома» — один в воздухе на высоте нескольких километров над вашей головой, другой намного выше, в магнитной оболочке Земли, — и разные движущие механизмы, поэтому им попросту не обязательно совпадать. Великолепный солнечный день и активная геомагнитная буря могут прийтись ровно на один и тот же момент.

Откуда берётся каждая из них

Чтобы понять, почему ясное небо и магнитная буря уживаются вместе, полезно разобраться, что приводит в движение то и другое.

Что движет погодой за вашим окном

Обычная погода работает за счёт того, что Солнце неравномерно прогревает земную поверхность и атмосферу. Тёплый воздух поднимается, холодный опускается, вода испаряется и конденсируется, а вращение планеты приводит всю эту систему в движение. Итог — знакомая череда областей высокого и низкого давления, атмосферных фронтов, облаков, ветра и дождя. Всё это происходит в тропосфере — тонкой воздушной оболочке толщиной всего около 10–15 километров. Когда метеорологи составляют прогноз на завтра, они моделируют движение именно этого воздуха.

Что движет магнитной бурей

Геомагнитная буря начинается примерно за 150 миллионов километров от нас — на Солнце. Солнце постоянно испускает поток заряженных частиц, который называют солнечным ветром. Время от времени на нём происходят и куда более впечатляющие извержения:

• Солнечные вспышки — внезапные мощные всплески излучения. По данным NASA, свет и излучение вспышки доходят до Земли примерно за восемь минут.
• Корональные выбросы массы (КВМ) — огромные облака солнечной плазмы и магнитного поля, выброшенные в космос. Центр прогнозов космической погоды NOAA (SWPC) описывает КВМ как «взрывы плазмы и магнитных полей из солнечной короны» и отмечает, что они «вызывают геомагнитные бури, когда направлены на Землю».

Когда КВМ или быстрый порыв солнечного ветра доходит до нашей планеты, он передаёт энергию защитному магнитному полю Земли — магнитосфере — и раскачивает его. Это возмущение и есть геомагнитная буря. NASA отмечает, что бури, вызванные КВМ, обычно приходят через один–три дня после извержения на Солнце, тогда как излучение вспышки добирается за минуты.

Значит, вся цепочка событий, стоящая за магнитной бурей, — Солнце, солнечный ветер, магнитосфера — разыгрывается выше погодного слоя, там, где нет ни воздуха, ни облаков, ни дождя. Облака над вашим городом (или их отсутствие) не имеют к этому никакого отношения.

Почему солнечный день и буря могут совпасть

Представьте двух музыкантов, которые играют в разных комнатах, каждый по своим нотам. Нет никаких причин, чтобы они попадали в такт: то, что играет один, никак не связано с тем, что играет другой. С земной и космической погодой примерно так же. У них есть один общий источник — Солнце, — но влияет оно на них совершенно по-разному и в совершенно разных временных масштабах.

• Солнце прогревает поверхность Земли и тем создаёт обычную погоду — медленный непрерывный процесс, движимый солнечным светом (теплом).
• Солнце выбрасывает вспышки и КВМ, которые создают космическую погоду, — внезапные события, движимые магнитной активностью в солнечной атмосфере.

Спокойный антициклон может встать над вашим регионом и подарить несколько дней ясного неба. А тем временем КВМ, покинувший Солнце двумя днями раньше, дойдёт до Земли и вызовет сильную геомагнитную бурю. Солнечная погода и буря — это просто два никак не связанных события, которые случайно совпали по времени. Точно так же бывает серый, дождливый и ветреный день, в который геомагнитной активности нет вообще.

По той же причине магнитная буря может случиться ночью, зимой, летом, в жару или в метель. Состояние магнитосферы не сверяется с местным прогнозом погоды.

Как магнитные бури измеряют — и прогнозируют — не глядя на небо

Магнитные бури не видны так, как видны облака, поэтому учёные измеряют их приборами, а не глазом. Самая известная мера — индекс Kp, шкала от 0 до 9, которая описывает, насколько возмущено магнитное поле Земли. NOAA SWPC относит возмущение к геомагнитным бурям, когда индекс Kp достигает 5 и выше. Кроме того, бури оценивают по G-шкале от G1 (слабая) до G5 (экстремальная), которая переводит технические цифры в простую лестницу силы.

Важно, что эти измерения приходят от магнитометров — чувствительных приборов, фиксирующих изменения магнитного поля, — и от космических аппаратов, которые следят за Солнцем и приближающимся солнечным ветром. Ничего из этого не зависит от того, облачно у вас или ясно. Прогнозисты NOAA SWPC и научных центров вроде немецкого GFZ (который рассчитывает индекс Kp и родственные ему индексы) наблюдают за Солнцем напрямую, отслеживают КВМ в космосе и выпускают предупреждения за несколько дней — независимо от условий у поверхности земли. Семейство индексов Hp от GFZ даёт ещё более подробную по времени картину той же магнитной активности.

Коротко говоря, инструменты, которые обнаруживают магнитную бурю, и инструменты, которые предсказывают завтрашний дождь, — это совершенно разные системы, смотрящие в совершенно разные стороны: одна на Солнце и магнитное поле Земли, другая на движение воздуха в тропосфере.

А как же полярное сияние?

Есть одно красивое исключение, когда космическая погода всё же показывается на вашем небе: полярное сияние (северное и южное). Во время сильных геомагнитных бурь заряженные частицы устремляются вдоль силовых линий магнитного поля Земли вблизи полюсов и заставляют верхнюю атмосферу светиться. Но обратите внимание на две вещи. Во-первых, это свечение возникает очень высоко — примерно от 100 километров и выше, — намного выше погодного слоя. Во-вторых, увидеть его с земли можно, только если небо над вами оказалось ясным и тёмным. Так что в такие особенные ночи хорошая земная погода (ясное небо) и активная космическая погода (буря) складываются и дарят вам чудесное зрелище. Но сама буря шла бы своим чередом независимо от того, закрыли облака вид на неё или нет.

Есть ли хоть какая-то связь между космической и земной погодой?

Вопрос справедливый и интересный, и здесь важна честность. Повседневный ответ такой: с практической точки зрения геомагнитные бури и погода у вас за окном независимы друг от друга — буря не принесёт дождя, а ясный день не помешает буре.

На переднем крае науки некоторые исследователи изучали, могут ли долговременные изменения на Солнце и в магнитном поле Земли едва заметно влиять на образование облаков — например, через космические лучи (частицы высоких энергий из космоса), которые способны служить затравкой для крошечных капель. В части работ сообщалось о слабых корреляциях, в других никакого устойчивого эффекта не нашли. Общая научная картина остаётся неопределённой, и обсуждение продолжается, а любой предполагаемый эффект мал, растянут во времени и глобален — ничего похожего на связь «здесь и сейчас» между магнитной бурей и погодой в вашем городе. Так что будет корректно сказать: в том смысле, который важен для повседневной жизни, магнитная буря в прогнозе и солнце за вашим окном между собой не связаны.

Что это значит для вас

Если вы отслеживаете своё самочувствие в связи с космической погодой, это различие действительно полезно:

• Не судите о геомагнитной активности по небу. Яркий тихий день ничего не говорит о том, идёт ли магнитная буря. Для этого смотрите показатель космической погоды (например, индекс Kp), а для дождя, ветра и давления — обычный прогноз погоды.
• Они могут накладываться друг на друга — а могут и нет. В какие-то дни у вас будет и перепад давления, и геомагнитная буря; в другие — только что-то одно или ничего. Следить за обоими по отдельности полезнее, чем считать, что одно предсказывает другое.
• Буря в хорошую погоду — это совершенно нормально. Это не признак того, что с прогнозом что-то не так. Это просто напоминание, что за магнитные бури отвечает Солнце, а не облака.

Понимание того, что космическая и земная погода — две отдельные системы, снимает много путаницы. В следующий раз, когда телефон покажет предупреждение о геомагнитной буре под безоблачным синим небом, вы будете точно знать, почему верно и то и другое, — и что, если вы замечаете изменения в самочувствии, их стоит записывать, чтобы со временем увидеть свои собственные закономерности. И как всегда: если симптомы стойкие или вас беспокоят, разумно обсудить их с врачом.

Источники

• NASA — Five Questions About Space Weather and Its Effects on Earth, Answered: https://www.nasa.gov/technology/five-questions-about-space-weather-and-its-effects-on-earth-answered/
• UCAR Center for Science Education — What Is Space Weather and How Does It Affect the Earth?: https://scied.ucar.edu/learning-zone/sun-space-weather/what-space-weather
• NOAA — Space weather (подборка образовательных материалов): https://www.noaa.gov/education/resource-collections/weather-atmosphere/space-weather
• NOAA Space Weather Prediction Center (SWPC) — Space Weather Scales, информация о геомагнитных бурях (G-шкала): https://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation
• NOAA — Strong geomagnetic storm reaches Earth: https://www.noaa.gov/stories/strong-geomagnetic-storm-reaches-earth-continues-through-weekend
• GFZ (Германский исследовательский центр наук о Земле) — Kp index and geomagnetic indices: https://www.gfz.de/en/section/geomagnetism/data-products-services/geomagnetic-kp-index
• ESA Space Weather Service Network — Geomagnetic Conditions: https://swe.ssa.esa.int/geomagnetic-conditions