В прошлом году самая сильная за последние два десятилетия геомагнитная буря не только нарушила работу систем GPS и интернета. Согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале «Earth, Planets and Space», супербуря Гэннона также сжала защитный слой ионизированных частиц планеты до одной пятой его обычного размера.
Что такое супербуря Гэннона?
Геомагнитные бури — явление нередкое, но большинство из них относительно безобидны. Однако особенно сильные примеры, такие как событие Кэррингтона 1859 года, вызывают серьёзную озабоченность в обществе, зависящем от телекоммуникаций, электрических сетей и спутниковых систем.
10 мая 2024 года Земля пережила сильнейшее за более чем 20 лет событие. Известная как буря Гэннона или буря «Дня матери», она была не такой масштабной, как событие Кэррингтона, но всё равно бомбардировала планету потоками заряженных солнечных частиц из множества выбросов корональной массы.
Хотя полярные сияния, возникшие в результате, были визуально впечатляющими, они предвещали сбои в работе систем GPS, спутников и электросетей, вызванные бурей Гэннона.
Редкое низкоширотное полярное сияние, сфотографированное в Рикубецу, Япония, во время супергеомагнитной бури мая 2024 года — сильнейшей за более чем 20 лет. Эта буря вызвала экстремальное сжатие плазмосферы Земли, впервые задокументированное с помощью прямых спутниковых измерений.
Спутник на идеальной позиции
Исследователи в области окружающей среды и атмосферы более года анализировали огромные объёмы данных о геомагнитных бурях, собранных различными инструментами по всему миру. Одним из лучших источников информации стал спутник Arase, запущенный Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) в 2016 году.
Arase вращается вокруг Земли на высоте около 19 950 миль в пределах её защитных слоёв плазменных волн и магнитных полей, известных как плазмосфера. Это означало, что спутник был идеально расположен для наблюдения за тем, что произошло, когда буря Гэннона прошла через планету.
«Мы отслеживали изменения в плазмосфере с помощью спутника Arase и использовали наземные приёмники GPS для мониторинга ионосферы — источника заряженных частиц, которые пополняют плазмосферу, — говорится в заявлении соавтора исследования и профессора Института исследований окружающей среды «Космос-Земля» при Нагойском университете Ацуки Синбори. — Оба слоя показали нам, насколько резко сократилась плазмосфера и почему восстановление заняло так много времени».
Плазмосфера имеет решающее значение для блокировки большей части смертоносного космического излучения, которое регулярно достигает Земли от Солнца и из глубокого космоса. Без неё спутники просто не выжили бы долго, а такие технологии, как GPS-навигация, были бы практически бесполезны.
Обычно внешняя граница плазмосферы простирается примерно на 27 340 миль над Землёй, но Arase зафиксировал огромную мощность Гэннона. В течение девяти часов плазмосфера сжалась до 5 965 миль — примерно одной пятой её первоначальной ширины. На восстановление плазмосферы ушло около четырёх дней.
«Мы обнаружили, что сначала буря вызвала интенсивный нагрев вблизи полюсов, но позже это привело к значительному падению уровня заряженных частиц в ионосфере, что замедлило восстановление», — пояснил Синбори. «Это длительное нарушение может повлиять на точность GPS, помешать работе спутников и усложнить прогнозирование космической погоды».
Помощь в планировании следующего шторма
Обычно плазмосфере требуется день или два, чтобы восстановиться после большинства солнечных бурь, но Гэннон создал уникальную ситуацию, называемую отрицательной бурей. В таких случаях уровни частиц в ионосфере резко снижаются на обширных территориях планеты после того, как высокая температура изменяет химию атмосферы. Это снижает количество ионов кислорода, которые необходимы для образования водородных частиц, восстанавливающих плазмосферу.
«Отрицательная буря замедлила восстановление, изменив химию атмосферы и прервав подачу частиц в плазмосферу. Эта связь между отрицательными бурями и задержкой восстановления никогда ранее не наблюдалась так чётко», — сказал Синбори.
Теперь, когда эти эффекты задокументированы, исследователи, включая Синбори, могут лучше понять, как плазмосфере Земли удаётся восстанавливаться после особенно мощных геомагнитных бурь. И что не менее важно, они узнают, сколько времени требуется для полного восстановления.