1 сентября 1859 года незадолго до полудня английские астрономы Ричард Кэррингтон и Ричард Ходжсон независимо друг от друга зафиксировали наиболее ранние наблюдения произошедшей на Солнце крупной вспышки. Сразу же после этого Кэррингтон и Ходжсон составили независимые отчёты и направили их в журнал «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества» (этот рецензируемый научный журнал по астрономии и астрофизике выходит с 1827 года до настоящего времени). Результаты наблюдений были опубликованы в журнале в ноябре 1859 года и тогда же представлены на заседании Королевского астрономического общества. Статья Кэррингтона называлась «Описание необычного явления, наблюдавшегося на Солнце 1 сентября 1859 года», а статья Ходжсона вышла под названием «О любопытном явлении на Солнце». Кэррингтон проводил наблюдения в своей личной обсерватории в Редхилле, в графстве Суррей, которую он открыл в 1852 году в качестве пристройки к своему жилому дому. Кэррингтон установил в обсерватории экваториальный телескоп с апертурой 4,5 дюйма и транзитный круг с фокусом 5,5 футов.

Кэррингтон занимался изучением 11-летнего циклов солнечной активности, уточнением данных периода вращения Солнца, изучением распределения пятен и исследованием существования поверхностных течений на Солнце. Изображение Солнца проецировалось на экран, расположенный на таком расстоянии от окуляра 4,5-дюймового телескопа, чтобы диаметр диска составлял от 12 до 14 дюймов. В фокусе закреплённого телескопа под прямым углом друг к другу были размещены два отрезка сплющенной золотой проволоки, наклонённые примерно на 45 градусов по обе стороны от меридиана. Когда перевёрнутое изображение проходило по экрану, отмечались моменты соприкосновения с проволокой солнечных лучей и ядра солнечного пятна, положение которого на Солнце затем рассчитывалось и фиксировалось в результатах наблюдений. Уже с 28 августа 1859 года различные астрономы стали отмечать появление многочисленных пятен и вспышек на Солнце. В некоторых частях планеты (например, в Новой Англии и Северной Австралии) стали наблюдать нехарактерные для этих мест полярные сияния, окрашивающие небо в яркие цвета. 1 сентября 1859 года Кэррингтон в ходе наблюдений за Солнцем зафиксировал две вспышки интенсивного белого цвета, по яркости аналогичные прямым солнечным лучам. Событие он отразил в рисунке, который был затем им представлен на заседании Королевского астрономического общества. На рисунке он отразил позиции А и В как начальные позиции очень яркого события, которое всего лишь в течение пяти минут переместилось в С и D, прежде чем исчезнуть. Явление, которое зафиксировал Кэррингтон, было связано с огромным корональным выбросом массы на Солнце. Включавшей в себя плазму, состоящую из протонов, электронов и небольшого количества более тяжёлых элементов, таких как гелий и кислород.

Уже 28-29 августа 1859 года на Солнце начались выбросы массы, однако выброс 1 сентября был действительно огромным. Если обычно солнечное вещество достигает Земли за несколько дней, замедляя скорость при прохождении через солнечный ветер, то выброс, наблюдавшийся в ходе события Кэррингтона, преодолел расстояние до Земли всего лишь за 17 часов. Предполагается, что предыдущий выброс, вызвавший полярные сияния на Земле 29 августа, «расчистил» путь для выброса, наблюдавшегося в ходе события Кэррингтона. В момент события Кэррингтона шотландский физик Балфур Стюарт производил запись показаний магнитометра в обсерватории Кью и зафиксировал геомагнитный эффект произошедшей на Солнце вспышки (так называемый «магнитный крючок»). На следующей Земле наблюдалась геомагнитная буря, и Кэррингтон сделал предположение о взаимосвязи двух этих событий. Последовавшая за вспышкой геомагнитная буря на Земле была мощнейшей. Сила геомагнитной бури измеряется Dst-индексом геомагнитной активности. По первым оценкам, Dst-индекс во время бури достигал -1760 нТл, однако по более поздним оценка индекс составлял около -900 нТл. Тем не менее, и магнитная буря такого уровня была наиболее мощной за период наблюдений, и стех пор геомагнитные бури такого уровня на Земле не фиксировали. В 1989 году имела место наиболее сильная геомагнитная буря со времён события Кэррингтона, и индекс геомагнитной активности достиг -640 нТл. Заметные геомагнитные бури имели место также в 1921 году и в 1950х годах, когда фиксировались массовые сбои радиосвязи. В период геомагнитной бури 1859 года по всей планете начали наблюдаться Северные сияния, даже над Карибами. Над Скалистыми горами северное сияние было настолько ярким. Что свечение разбудило золотоискателей, которые подумали, что наступило утро и начали готовить завтрак.

Австралийский золотодобытчик Ч.Ф. Герберт так рассказал о своих наблюдениях в тот день: «Я и два товарища, выглянув из палатки, увидели огромное отражение в южных небесах примерно в 7 часов вечера, а примерно через полчаса представилась картина почти невыразимой красоты: огни всех мыслимых цветов исходили с южных небес, один цвет исчезал только для того, чтобы уступить место другому, по возможности более красивому, чем предыдущий, потоки поднимались к зениту, но всегда становились насыщенно-фиолетовыми, когда достигали его, и всегда сворачивали, оставляя чистую полоску неба, которую можно описать как четыре пальца, вытянутые на вытянутой руке. Северная сторона от зенита также была окрашена в прекрасные цвета, которые всегда закручивались вокруг зенита, но считались лишь отражением южного сияния, поскольку все цвета на юге и на севере всегда совпадали. Это зрелище невозможно было забыть».

Журналист газеты San Francisco Herald написал в своей статье в сентябре 1859 года: «Всё небо, казалось, покрылось волнами, что-то вроде полей зерна на сильном ветре. Воды залива отразили блестящие оттенки Авроры. Ничто не может превысить величие и красоту этого зрелища. Эффект почти сбивает с толку своей невероятностью, и тысячи испытывают смешанное чувство страха и восторга». На северо-востоке Соединённых Штатов свечение полярного сияния было настолько ярким, что при его свете можно было читать газету. Полярное сияние фиксировалось в районах низких широт, очень удалённых от полюсов, в южной Мексике, на Кубе, Гавайских островах, в Квинсленде, южной Японии и Китае, в Новой Зеландии, и даже в Колумбии, очень близкой к экватору, что является беспрецедентным случаем за всю историю наблюдений. Ведь считалось, что полярное сияние не может возникнуть в экваториальной зоне. Поскольку магнитное поле Земли концентрирует энергию и частицы в районе магнитных полюсов, расположенных близко к географическим полюсам Земли. Силовые линии магнитного поля не отходят от экватора и не входят в него. Поток протонов и электронов, идущий от Солнца, как правило, проходит вдоль магнитных линий к полюсам, где идущие от солнца частицы сталкиваются с молекулами и атомами азота, кислорода, других газов в верхних слоях атмосферы. В результате ударов выделяется энергия, которая и вызывает свечение. На полюсах линии магнитного поля расположены «гуще», и небольшие возмущения геомагнитного поля приводят к появлению полярных сияний. У экватора магнитное поле является разряженным, и для появления полярного сияния в этой зоне нужно огромное число энергии, что и наблюдалось в ходе события Кэррингтона. Событие Кэррингтона также вызвало отказ телеграфных систем по Европе и Северной Америке. Здесь следует отметить, что к 1859 году как раз началось массовое развитие телеграфа, поскольку буквально за год до этого, в 1858 году, была установлена трансатлантическая телеграфная связь. Кстати, первый электромагнитный телеграф изобрёл известный российский учёный, член-корреспондент Санкт-Петербургской академии наук барон Павел Львович Шиллинг в 1832 году, хотя электростатический телеграф был изобретён в Женеве Жорж Луи Лесажем ещё в 1774 году. Однако широкое внедрение телеграфа началось в конце 1830-х годов после изобретения электромагнитного телеграфа Карлом Гауссом и Вильгельмом Вебером в Германии. В 1837 году в Лондоне началась эксплуатация электрического телеграфа, а в 1840 году электромагнитный телеграф запатентовал в США Сэмюэл Морзе. Тем не менее, к моменту события Кэррингтона телеграфная связь не была ещё проложена в Африку, а, например, в индийский Бомбей телеграфную связь провели только в 1870 году. Но в Европе и Северной Америке последствия геомагнитной бури ощутили сполна.

Наличие геомагнитно-индуцированного тока в электромагнитном поле привело не только к выходу из строя телеграфных систем; удары тока стали получать операторы этих систем, телеграфные столбы искрили. Операторы Бостона и Портленда отключили аккумуляторы, поскольку полярное сияние попеременно усиливало и нейтрализовывало батареи, и периодически ток становился слишком сильным для релейных магнитов. Отключив аккумуляторы, они смогли вести разговор в течение двух часов исключительно за счёт тока, вызванного северным сиянием! В настоящее время человечество зависит от электричества, использования систем радиосвязи. Аналогичное событие в наши дни может вызвать отказы и повреждения систем связи, радиосообщения, навигации по всему миру, что может повлечь за собой прекращение доступа в интернет, невозможность проведения безналичных платежей, сложности с осуществлением телефонных звонков. Широкое распространение электрического транспорта к моменту аналогичного события может усилить возможные проблемы с транспортным сообщением после такого события. В связи с этим необходимо продумать превентивные меры на случай подобного события, которые необходимо осуществлять на принципах международной кооперации. Важным является вопрос о том, с какой частотой могут происходить подобные события. Нужно также попытаться определить условия, при которые такие события могут возникать. Событие 1989 года намного меньшей мощности привело к повреждению и отключению электрооборудования в различных районах США и Канады, а в Квебеке имело место и полное отключение электричества, Но событие 1989 года было намного менее интенсивной геомагнитной бурей, чем событие Кэррингтона. Поэтому необходимо обратиться к изучению событий далёкого прошлого, что возможно сделать через изучение ледяных кернов, содержащих тонкие нитратные слои. Некоторые исследователи полагали, что солнечные энергетические частицы, ионизируя азот, приводят к образованию оксида азота, который не будет разбавлен в атмосфере и выпадет вместе со снегом. В поддержку этой гипотезы высказались, например, К. МакКракен, Г. Дрешхофф, Э. Зеллер, Д. Смарт, указывая на идентификацию нитратных линий в полярном льду Арктики и Антарктики вследствие мощных геомагнитных бурь. Однако другие исследователи – Э. Вольф, М. Биглер, М. Карран, Дж. Дибб, М. Фрей, М. Легран, напротив, отмечали, что событие Керна не зафиксировано в большинстве записей о содержании нитратов в ледяных кернах Гренландии. Интересным выглядит исследование японских исследователей из Университета Нагоя, проанализировавших древесину 1900-летнего кедра, и обнаруживших в некоторых из них чрезмерное количество углерода-14 – очень редкого радиоуглерода, который может быть полезен в сфере дендрохронологии. В ходе исследований древесных колец кедра был обнаружен значительный скачок углерода-14 между 774-775 годами н.э. Аналогичное превышение концентрации было обнаружено и в старых европейских и североамериканских деревьях, а также в изотопах бериллия, присутствующих в антарктическом льду. «Событие Мияке», имевшее место в то время, было в десятки раз мощнее события Кэррингтона. В другом исследовании скачок концентрации углерода-14 был обнаружен и в 993 году нашей эры, хотя несколько меньшей интенсивности. При этом согласно историческим хроникам Германии, Кореи, Ирландии, в 774 и 993 годах были зафиксированы полярные сияния и яркий ночной свет в низких широтах. Свидетельства ещё одной солнечной бури восходят к 660 году до нашей эры, и в это же время в древних ассирийских хрониках можно найти упоминание полярного сияния. Некоторые источники также указывают на то, что интенсивные геомагнитные бури могли иметь место в 7176, 5480, 5410, 5259, 813 годах до н.э., однако верифицировать эти данные очень сложно. Изучение намного менее интенсивных событий, имевших место в XX веке, указывает на то, что мощные солнечные выбросы не всегда вызывают столь же сильные геомагнитные бури. Так, в августе 1972 года вспышки и выбросы солнечной массы были столь же сильными, как и во время события Кэррингтона, однако на земле не было столь же сильной геомагнитной бури.

Следует отметить, что событие Кэррингтона характеризовалось тем, что сильным выбросам плазмы предшествовали несколько достаточно сильных выбросов, которые расчистили путь выбросам к Земле. Таким образом, последствия для Земли, возможно, могут быть наиболее значимыми именно в тех случаях, когда мощной вспышке предшествует несколько других достаточно сильных выбросов в предшествующие дни. Имеет значение, конечно, и направленность выброса в сторону Земли. В связи с этим большое значение имеет работа гелиофизиков, анализирующих солнечную активность и корональные выбросы плазмы. Потенциально можно попытаться научные модели, позволяющие предсказывать события, аналогичные событию Кэррингтона, хотя бы за несколько дней. Но фиксировать мощные солнечные вспышки можно уже сейчас, и в любом случае между мощным выбросом плазмы и началом геомагнитной бури на земле пройдёт определённое время (например, 17 часов, как в случае события Кэррингтона), и на Земле всегда будет небольшое время для подготовки к такому событию. Безусловно, следует поставить вопрос о разработке плана действий быстрого реагирования на Земле на случай подобной чрезвычайной ситуации, возможно, связанный в том числе с временным отключением чувствительной электроники на период сильной геомагнитной бури во избежание выхода её из строя. Если такое событие произойдёт в обозримом будущем, на Земле можно будет полюбоваться уникальными полярными сияниями и небесными ландшафтами, однако о мерах реагирования в условиях цифровизации и роста значения электрических систем для функционирования общественно значимых систем жизнедеятельности тоже забывать не следует.

Юрий Понажев, АГО, Смоленск