Обнародованы результаты самой мощной магнитной бури последних десятилетий.
Геомагнитный супершторм — экстремальное явление космической погоды, возникающее, когда Солнце выбрасывает к Земле огромные объемы энергии и заряженных частиц. Такие события редки — примерно раз в 20–25 лет. 10–11 мая 2024 года Землю накрыл самый мощный супершторм более чем за два десятилетия, получивший название «шторм Гэннон», или «майский шторм ко Дню матери».
Сильнейшая вспышка подарила науке неоценимый шанс углубиться в изучение тонких процессов в основе космической погоды — и гигантский объем данных, обрабатывать которые продолжают до сих пор. Очередное исследование, проводившееся в Нагойском университете, вышло в журнале Earth, Planets and Space. Его результаты показали, как плазмосфера и ионосфера Земли реагируют на самые мощные солнечные возмущения.
В нужное время в нужном месте
Исходными для анализа стали данные японского спутника Arase. Он обращается внутри плазмосферы и измеряет плазменные волны и магнитное поле. Во время супершторма мая 2024 года он оказался в идеальной точке, чтобы наблюдать экстремальное сжатие и медленное восстановление плазмосферы с беспрецедентной детализацией. Впервые ученым удалось получить непрерывные прямые измерения экстраординарного события в прямом эфире.
«Мы отслеживали изменения в плазмосфере по данным спутника Arase и использовали наземные GPS-приемники для контроля ионосферы — источника заряженных частиц, наполняющих плазмосферу. Одновременное наблюдение обоих слоев позволило понять, насколько резко сжалась плазмосфера и почему ее восстановление затянулось», — объясняет геофизик Ацуки Синбори, один из авторов.
Плазмосфера совместно с магнитным полем Земли ограничивает проникновение вредных солнечных частиц, защищает спутники и усиливает естественную радиационную «броню» планеты. Обычно она простирается далеко в космос, но во время супершторма ее внешняя граница снизилась примерно с 44 000 км до всего 9 600 км от поверхности нашей планеты.
Шторм был вызван серией мощных солнечных выбросов, обрушивших на Землю миллиарды тонн заряженной плазмы. Всего за девять часов плазмосфера была сжата примерно до одной пятой от своего нормального объема. Восстановление шло необычайно медленно — более четырех дней, что стало самым длительным процессом за весь период наблюдений Arase, начиная с 2017 года.
«Мы увидели, что сначала шторм вызвал сильное нагревание в полярных областях, а затем — резкое истощение заряженных частиц в ионосфере, что замедлило восстановление. Это длительное нарушение может влиять на точность GPS, на работу спутников и затруднять прогнозы космической погоды», — говорит исследователь.
Очевидные доказательства
Во время самых мощных фаз супершторма экстремальная солнечная активность сжала магнитосферу Земли, и заряженные частицы смогли проникать гораздо дальше к экватору вдоль магнитных линий. Это вызвало яркие полярные сияния в необычно низких широтах. Авроральный овал расширился вплоть до Японим, Мексики и южной Европы, где сияний не бывает почти никогда.
Отрицательный шторм
Примерно через час после удара супершторма заряженные частицы в верхней атмосфере поднялись в верхних широтах и устремились к полюсам. Когда шторм начал ослабевать, плазмосфера стала вновь наполняться частицами из ионосферы.
Обычно этот процесс занимает не больше пары дней, но на этот раз восстановление растянулось почти на четыре дня — из-за явления, называемого отрицательной бурей. Во время отрицательного шторма концентрация частиц в ионосфере резко падает на огромных территориях: интенсивный нагрев изменяет химический состав атмосферы, уменьшая содержание кислородных ионов. А именно они участвуют в реакциях, наполняющих плазмосферу протонами. Эти явления не видны невооруженным глазом и фиксируются только спутниками.
«Отрицательный шторм замедлил восстановление, изменив химию атмосферы и фактически перекрыв приток частиц в плазмосферу. Такая четкая связь между негативными штормами и задержкой восстановления ранее не наблюдалась», — подчеркивает Синбори.
Результаты дают более четкое представление о том, как изменяется плазмосфера и как через нее протекает энергия. Во время бури несколько спутников столкнулись с проблемами в электроснабжении или прекратили передачу данных, сигналы GPS были нарушены, а радиосвязь прерывалась. Понимание, сколько времени нужно плазменному слою Земли для восстановления после подобных событий, важно для прогнозирования космической погоды и защиты космических технологий.