Неожиданно сильная солнечная буря потрясла нашу планету 23 апреля 2023 года, вызвав полярные сияния даже в южных штатах США и застигнув мир врасплох.
За два дня до этого Солнце выбросило облако энергетических частиц, магнитных полей и солнечного вещества в сторону Земли. Космические учёные обратили на это внимание, ожидая возможных сбоев в магнитном поле Земли, известных как геомагнитная буря. Однако выброс корональной массы (CME) был не особенно быстрым или массивным, и ему предшествовала относительно слабая солнечная вспышка, что предполагало незначительность бури. Но она стала серьёзной.
Используя миссии NASA по изучению гелиофизики, новые исследования этой и других бурь помогают учёным понять, почему некоторые CME оказывают более интенсивное воздействие, и лучше предсказывать последствия будущих солнечных вспышек для нашей жизни.
В статье, опубликованной в «The Astrophysical Journal» 31 марта, предполагается, что ориентация CME относительно Земли, вероятно, стала причиной того, что буря апреля 2023 года оказалась на удивление сильной.
Исследователи собрали наблюдения с пяти космических аппаратов по изучению гелиофизики во внутренней части Солнечной системы, чтобы детально изучить CME по мере его выхода из Солнца и движения к Земле.
Они заметили большую корональную дыру рядом с местом возникновения CME. Корональные дыры — это области, где солнечный ветер — поток частиц, исходящих от Солнца — устремляется наружу со скоростью выше нормальной.
«Быстрый солнечный ветер, исходящий из этой корональной дыры, действовал как воздушный поток, отклоняя CME от его первоначального прямолинейного пути и приближая его к плоскости орбиты Земли», — сказал ведущий автор статьи, Евангелос Паурисис из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса в Лорел, штат Мэриленд. «Кроме того, CME слегка повернулся».
Паурисис говорит, что это повернуло магнитные поля CME в положение, противоположное магнитному полю Земли, и удерживало их там, позволяя большему количеству солнечной энергии проникнуть в окружающую среду Земли и усиливая бурю.
Между тем миссия NASA GOLD (глобальные наблюдения лимба и диска) выявила ещё одно неожиданное последствие апрельской бури 2023 года на Земле.
Перед, во время и после бури GOLD изучала температуру в средней термосфере — части верхней атмосферы Земли на высоте примерно от 85 до 120 миль над головой. Во время бури температура повысилась по всему полю зрения GOLD над Америкой. Но, что удивительно, после бури температура упала примерно на 90–198 градусов по Фаренгейту ниже, чем была до бури (с примерно 980 до 1070 градусов по Фаренгейту до бури и до 870–980 градусов по Фаренгейту после).
«Наше измерение — первое, которое показывает повсеместное охлаждение средней термосферы после сильной бури», — сказал Сюгуан Цай из Университета Колорадо в Боулдере, ведущий автор статьи об наблюдениях GOLD, опубликованной в журнале «JGR Space Physics» 15 апреля 2025 года.
Температура термосферы важна, поскольку она влияет на то, насколько сильное сопротивление испытывают спутники и космический мусор, находящиеся на орбите Земли.
«Когда термосфера охлаждается, она сжимается и становится менее плотной на высотах спутников, уменьшая сопротивление», — сказал Цай. «Это может привести к тому, что спутники и космический мусор останутся на орбите дольше, чем ожидалось, увеличивая риск столкновений. Понимание того, как геомагнитные бури и солнечная активность влияют на верхнюю атмосферу Земли, помогает защитить технологии, от которых мы все зависим, такие как GPS, спутники и радиосвязь».
Чтобы предсказать, когда CME вызовет геомагнитную бурю или будет «геоэффективным», некоторые учёные объединяют наблюдения с машинным обучением. В статье, опубликованной в ноябре прошлого года в журнале «Solar Physics», описан один из таких подходов под названием GeoCME.
Машинное обучение — это тип искусственного интеллекта, в котором компьютерный алгоритм учится на данных выявлять закономерности, а затем использует эти закономерности для принятия решений или прогнозов.
Учёные обучили GeoCME, предоставив ему изображения с космического аппарата NASA/ESA (Европейское космическое агентство) SOHO (Солнечная и гелиосферная обсерватория) различных CME, достигших Земли, вместе с изображениями Солнца с SOHO до, во время и после каждого CME. Затем они сообщили модели, вызвал ли каждый CME геомагнитную бурю.
Затем, когда модели были предоставлены изображения с трёх различных научных инструментов на SOHO, прогнозы модели были высокоточными. Из 21 геоэффективного CME модель правильно предсказала все 21; из 7 неэффективных в геомагнитном отношении CME она правильно предсказала 5.
«Алгоритм показывает многообещающие результаты», — сказал гелиофизик Джек Айрлэнд из Центра космических полётов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, который не участвовал в исследовании. «Понимание того, будет ли CME геоэффективным или нет, может помочь нам защитить инфраструктуру в космосе и технологические системы на Земле. Эта статья показывает, что подходы машинного обучения к прогнозированию геоэффективных CME осуществимы».
Во время сильной геомагнитной бури в мае 2024 года — самой сильной за последние 20 лет, — космическая обсерватория NASA STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory) измерила структуру магнитного поля CME, когда они проходили мимо.
Когда CME, направленный к Земле, сначала достигает космического корабля, этот космический корабль часто может измерить CME и его магнитное поле напрямую, помогая учёным определить, насколько сильной будет геомагнитная буря на Земле. Обычно первые космические аппараты, которые получают удар, находятся на расстоянии одного миллиона миль от Земли в сторону Солнца в точке, называемой точкой Лагранжа 1 (L1), что даёт нам всего 10–60 минут предупреждения.
Случайно во время бури в мае 2024 года, когда несколько CME вырвались из Солнца и слились по пути к Земле, космический аппарат NASA STEREO-A оказался между нами и Солнцем, примерно в 4 миллионах миль ближе к Солнцу, чем L1.
В статье, опубликованной 17 марта 2025 года в журнале «Space Weather», сообщается, что если бы STEREO-A служил датчиком CME, он мог бы предоставить точное предсказание силы бури на 2 часа 34 минуты раньше, чем космический корабль в L1.
Согласно ведущему автору статьи, Еве Вейлер из Австрийского управления по космической погоде в Граце, «никакая другая супербуря, направленная на Землю, никогда не наблюдалась космическим аппаратом, расположенным ближе к Солнцу, чем L1».
Предоставлено NASA