Прямі вимірювання під час екстремального шторму показали, звідки насправді беруться небезпечні заряджені частинки, які послаблюють захисне поле нашої планети.
Нове дослідження, опубліковане в Science 13 листопада, показало, що екстремальну силу геомагнітної бурі в травні 2024 року багато в чому визначила власна атмосфера Землі, а не лише потоки речовини від Сонця. Вчені вперше провели прямі вимірювання складу навколоземного простору під час шторму такого масштабу і з’ясували, що близько 85% заряджених частинок в епіцентрі збурення становили важкі іони кисню земного походження. Це відкриття змінює наукові уявлення про природу космічної погоди й пояснює, чому магнітне поле планети ослабло незвичайно близько до її поверхні.
Хроніка «бурі Ганнона» та природа кільцевого струму
Подія почалася з того, що велика сонячна пляма виробила серію потужних спалахів, викинувши в космос гігантські хмари намагніченої плазми. Об’єднавшись по дорозі, вони 10 і 11 травня 2024 року вдарили по магнітосфері — захисній магнітній оболонці Землі. Шторм, що отримав назви «буря Ганнона» і «буря Дня матері», спричинив найсильніше за всю історію спостережень збурення в кільцевому струмі планети.
Кільцевий струм являє собою величезний пояс із заряджених частинок, переважно іонів кисню та водню, який повільно циркулює на висоті тисяч кілометрів над екватором. Рухаючись, ці частинки створюють електричний струм і власне магнітне поле, яке послаблює природне магнітне поле Землі біля її поверхні. Показник геомагнітних збурень — індекс SYM-H — опустився тоді до мінімуму в -518 нТл, нанотесла, — одиниць вимірювання магнітної індукції. Це стало другим за силою збуренням із 1981 року після порівнянної бурі в листопаді 2004 року.
Спір про походження частинок і ціна космічної погоди
Десятиліттями дослідники сперечалися про те, звідки беруться частинки кільцевого струму. Відомі два основні джерела: сонячний вітер — потік заряджених частинок, що йде від Сонця, — та іоносфера Землі — верхній електрично заряджений шар нашої атмосфери. Обидва джерела зазвичай підживлюють кільцевий струм під час бур. І частина вчених очікувала, що при екстремальній події з особливо щільним сонячним вітром саме він залишиться ключовим постачальником частинок.
Яскраві полярні сяйва — далеко не єдиний наслідок подібних штормів.
«Деякі супербурі або екстремальні геомагнітні бурі — це не просто вражаючі світлові шоу. Вони створюють радіаційну небезпеку для космічних апаратів, порушують роботу сигналів GPS і систем зв’язку, а також спричиняють відключення електроенергії. Розуміння того, як розвивається геомагнітна буря, — це не лише наукове питання, а й проблема з реальними наслідками», — зазначив провідний автор дослідження, доцент Інституту досліджень космічного та земного середовища (ISEE) Університету Нагої Нарітосі Кітамура.
Прямі вимірювання супутника Arase
Детально вивчити травневу бурю допоміг японський супутник Arase, запущений у 2016 році під управлінням Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA), науковий центр якого спільно курирують Інститут космічних та астронавтичних наук (ISAS/JAXA) і ISEE Університету Нагої. Апарат рухається безпосередньо через область формування кільцевого струму та оснащений інструментами, які вимірюють масу й енергію окремих іонів, дозволяючи точно визначати їхній тип. За вдалим збігом обставин супутник пройшов через кільцевий струм незабаром після початку травневої бурі і знову перетнув його поблизу піку збурення.
«Це перше одночасне спостереження іонів кільцевого струму та сонячного вітру під час настільки великої бурі, і дані виявилися однозначними: приблизно 85% іонів становив кисень із власної іоносфери Землі», — пояснив Нарітосі Кітамура.
Таким чином, всупереч очікуванням, сонячний вітер відіграв порівняно невелику роль у формуванні виміряної популяції частинок.
Аномальне ослаблення магнітного поля
Крім того, датчики Arase зафіксували ще одну аномалію: поблизу піку шторму напруженість магнітного поля впала на 40% на висоті близько 16 000 кілометрів над Землею — значно ближче до планети, ніж подібні різкі спади відзначалися раніше. Вчені вважають, що саме переважання важких іонів із земної атмосфери, які набагато масивніші за частинки сонячного вітру, могло підсилити магнітне збурення й наблизити його максимум до Землі.