Космические ураганы реальны, и они сеют больше разрушений, чем считалось

Фото из открытых источников

В сезоне ураганов появился новый претендент, и он бушует над полюсами. Это космический ураган. Как и его земной тезка, он вращается по огромным спиралям и имеет спокойный, похожий на глаз центр. Но вместо облаков и дождя эти электромагнитные бури состоят из плазмы – заряженных частиц, приводимых в движение магнитным полем Земли.

Новое исследование показывает, что космические ураганы могут имитировать эффекты геомагнитной бури, сотрясая магнитное поле Земли и искажая сигналы GPS, даже когда космическая погода кажется спокойной. Результаты были опубликованы в журнале Space Weather. 

В исследовании были изучены спутниковые и наземные данные о первом известном космическом урагане, который наблюдался в 2014 году. Впервые показано, что эта скрытая, закрученная структура представляла собой активный электродинамический шторм, способный вызвать реальные и потенциально разрушительные эффекты космической погоды.

«Космический ураган сформировался в условиях очень тихого климата», — рассказал ведущий автор исследования Шэн Лу из Шаньдунского университета в Китае. «Солнечная активность была низкой».

Ураган 2014 года был замечен на снимках, полученных в рамках Программы метеорологических спутников Министерства обороны США (DMSP). Крупный спиральный узор с центром над Северным магнитным полюсом, изогнутыми рукавами и тёмным «глазом» в центре слабо светился полярным сиянием.

Но это было не обычное северное сияние.

Два спутника пролетели сквозь шторм 2014 года с разницей всего в несколько минут. DMSP F17 прошёл через центр, а Swarm B Европейского космического агентства зацепил край. Собранные ими данные рисовали поразительную картину. Это была активная вихревая система в ионосфере Земли, полная быстро движущихся потоков плазмы, сдвигов плотности и восходящих электрических токов, подобно конвекционному двигателю урагана, но электромагнитного происхождения.

Чтобы понять, что же представляет собой этот безмолвный шторм, команда обратилась к наземным и спутниковым данным Канадской высокоарктической ионосферной сети (CHAIN). И тут всё стало ещё более странным.

Сигналы GPS, проходящие через внешние области шторма, были подвержены влиянию фазовых мерцаний – своеобразного «мерцания», возникающего при интерференции радиосигналов плазменной турбулентностью. Один из спутников GPS, PRN 11, показал особенно сильное возмущение с индексом мерцаний 0,81, что значительно снизило точность определения местоположения.

Тем временем наземные магнитометры в Гренландии зафиксировали резкие локальные изменения магнитного поля Земли до 400 нанотесл — значения, обычно связанные с небольшими геомагнитными бурями.

«Эти возмущения по величине сопоставимы с теми, которые наблюдаются во время геомагнитных бурь», — пишут авторы исследования.

Что делает космические ураганы такими удивительными, так это то, как они могут формироваться в самых невероятных условиях — при спокойной космической погоде.

Большинство геомагнитных бурь и последующих впечатляющих полярных сияний происходят, когда межпланетное магнитное поле (ММП) выравнивается на юг, по сути «открывая дверь» в магнитном поле Земли, позволяя заряженным частицам солнечного ветра проникнуть внутрь. Именно в такие моменты охотники за полярными сияниями и прогнозисты космической погоды часто находятся в состоянии повышенной готовности к какой-либо активности.

Однако исследователи обнаружили, что космический ураган сформировался в условиях ММП, ориентированного на север, которое обычно «закрывает дверь» геомагнитной активности. В результате эти бури часто остаются незамеченными стандартными индексами космической погоды и могут происходить чаще, чем мы думаем.

Как же космические ураганы формируются в таких спокойных условиях? Исследование предполагает, что вместо того, чтобы проникать через обычный «парадный вход», энергия солнечного ветра проникает через магнитные «лепестки» в задней части магнитосферы Земли. Этот процесс, называемый пересоединением лепестков, направляет энергию прямо в полярную шапку. Там она создаёт круговые потоки плазмы и электрических токов, создавая закручивающийся шторм — космический ураган — прямо над полюсом.

По мере развития GPS, спутниковой связи и полярной авиации растёт и наша зависимость от стабильных сигналов в космосе. Это делает понимание высокоширотных возмущений, таких как космические ураганы, всё более важным, особенно учитывая, что эти события часто остаются незамеченными стандартными геомагнитными индексами. По мере того, как наши технологии проникают всё глубже в полярное небо, распознавание подобных скрытых штормов может стать ключом к обеспечению безопасности наших систем, даже когда Солнце кажется спокойным.