Глобальный «супершторм» сжал плазмосферу Земли до 1/5 от её обычного размера

Фото из открытых источников

Впервые детально изучено воздействие геомагнитной супербури на защитную плазмосферу Земли. Эта буря сжала плазмосферу на 80%, заставив нас задуматься о том, что делали даже более мощные бури прошлого. Исследование опубликовано в журнале Earth, Planets and Space.

Полярные сияния 10–11 мая 2024 года, почти наверняка, наблюдало больше людей, чем любое предыдущее событие космической погоды в истории. Масштабная геомагнитная буря не только достигла самых низких широт за последние 20 лет, но и прогресс в наших прогностических возможностях, а также появление социальных сетей, привели к тому, что миллионы людей вышли на улицу, чтобы посмотреть. Неделей ранее Дженнифер Гэннон, которая сделала больше, чем кто-либо другой, для предоставления этих прогнозов, неожиданно скончалась. Многие американцы назвали это событие бурей Дня матери, но, поскольку большая часть мира праздновала этот день в другие выходные, ученые назвали его Суперштормом Гэннон в ее честь.

Геомагнитные бури возникают, когда корональные выбросы массы (КВМ) выбрасывают плазму из Солнца к Земле, где она врезается в магнитосферу планеты. Плазма состоит из смеси атомных ядер, лишённых электронов, и этих электронов, каждый из которых имеет электрический заряд. В процессе своего движения они вступают в контакт со слоем заряженных частиц Земли, известным как плазмосфера.

В обычное время плазмосфера обеспечивает защиту Земли от заряженных частиц, как от Солнца, так и от более удалённых источников. Без неё люди на Земле подвергались бы большему воздействию радиации, что приводило бы к развитию рака и мутаций. Для спутников, лишённых защиты атмосферы, плазмосфера — один из немногих имеющихся у них щитов.

Неизбежно, когда заряженные частицы, движущиеся с высокой скоростью, сталкиваются с этой относительно стабильной плазменной оболочкой, она сжимается, но степень сжатия пока неизвестна. Спутник «Арасе» Японского аэрокосмического агентства измеряет плазмосферу изнутри, и во время супершторма Гэннон он дал нам наиболее полное представление о последствиях такого события.

«Мы отслеживали изменения в плазмосфере с помощью спутника Arase и использовали наземные GPS-приёмники для мониторинга ионосферы — источника заряженных частиц, пополняющих плазмосферу. Мониторинг обоих слоёв показал нам, насколько резко сократилась плазмосфера и почему восстановление заняло так много времени», — заявил Ацуки Синбори из Нагойского университета.

Эти измерения показали, что внешняя граница плазмосферы сократилась с 44 000 километров над поверхностью Земли до всего лишь 9600 километров. Это всё ещё значительно превышает высоту, на которой вращается большинство спутников; однако геостационарная орбита, на которой спутник остаётся над одной точкой, пока Земля вращается под ним, составляет 35 800 километров, поэтому метеостанции, в том числе и другие, внезапно оказались под угрозой.

Это сжатие позволяет магнитному полю планеты оттеснять заряженные частицы дальше от полюсов, поскольку они теряют меньше энергии, попадая в земную плазму. В результате они сталкиваются с верхними слоями атмосферы ближе к экватору, вызывая полярные сияния на более обширной территории. Во время супершторма Ганнон полярные сияния наблюдались вплоть до Мексики на юге.  

Процесс восстановления после подобной бури был ещё более неизвестен, чем степень сжатия, и Арасе сообщил, что на восстановление из ионосферы потребовалось более четырёх дней. Это вдвое больше, чем после предыдущих бурь, которые были ненамного слабее Гэннон.

«Мы обнаружили, что шторм сначала вызвал сильный нагрев вблизи полюсов, но затем это привело к значительному снижению концентрации заряженных частиц в ионосфере, что замедлило её восстановление. Этот продолжительный сбой может повлиять на точность GPS, помешать работе спутников и затруднить прогнозирование космической погоды», — отметил Синбори. 

Восстановление заняло так много времени не только потому, что Солнце послало в нашу сторону так много плазмы, но и потому, что интенсивный нагрев сократил количество ионов кислорода в верхних слоях атмосферы, процесс, называемый отрицательной бурей. 

«Отрицательный шторм замедлил восстановление, изменив химический состав атмосферы и прекратив поступление частиц в плазмосферу. Эта связь между отрицательными штормами и задержкой восстановления ранее не наблюдалась», — сказал Синбори. Ионы кислорода способствуют выработке водорода, необходимого для пополнения плазмосферы. 

Эта информация будет полезна, если в будущем Земля столкнётся со вторым корональным выбросом массы (КВМ) до того, как плазмосфера успеет восстановиться после первого. Сбои в работе спутников, потеря сигналов GPS, приводящая к сообщениям о выходе из строя сельскохозяйственной техники, и нарушения радиосвязи во время шторма Гэннон показывают, насколько уязвимым стало наше общество к подобным событиям. Подготовка к этим опасностям была целью карьеры Гэннон, и исследователи плазмы надеются, что шторм, названный в её честь, сыграет в этом важную роль.