Исследование атмосферной супербури в мае

Доцент и научный сотрудник факультета Крофтона Скотт Ингланд. Автор: Ben Murphy for Virginia Tech.

Что общего между видимостью северного сияния и вышедшей из строя сельскохозяйственной техникой на Среднем Западе?

Уникальная по мощности геомагнитная буря, согласно двум статьям, соавтором которых является Скотт Ингланд из Политехнического университета Вирджинии.

«Северное сияние вызывается энергичными заряженными частицами, попадающими в верхние слои атмосферы и подвергающимися воздействию многочисленных факторов космоса, включая Солнце», — сказал Инглэнд, доцент кафедры аэрокосмической и океанической инженерии имени Кевина Т. Крофтона.

«Во время солнечных геомагнитных бурь в пространстве вокруг Земли появляется гораздо больше этих энергичных заряженных частиц, поэтому мы видим усиление северного сияния, а область, в которой его можно увидеть, расширяется, включая такие места, как нижние 48 штатов, где обычно не видно этого явления».

Ингланд и команда университетских и промышленных коллег отслеживали событие в верхних слоях атмосферы 11 мая с помощью инструмента GOLD от NASA. Это оказалась самая сильная геомагнитная буря, зафиксированная за последние 20 лет.

Среди собранных данных Ингланд отметил, что впервые наблюдал некоторые «восхитительные вихревые узоры» и драматическое движение воздуха от полярного сияния, вызывающее образование огромных вихрей, которые перемещали воздух по спирали, большей, чем ураган. Конкретные наблюдения включали:

• Непредсказуемое движение заряженных частиц низкой энергии от экватора к полярному сиянию
• Заряженные частицы, которые можно разделить на две группы: низкоэнергетические и высокоэнергетические, последние из которых могут нанести вред людям, работающим в космосе, и повредить электронику.
• Изменения температуры и давления, которые, вероятно, приводят к наблюдаемым завихрениям и вихрям.
• Изменения в местоположении и распространении частиц с низкой энергией, которые могут негативно повлиять на GPS, спутники и даже электросети.

«По мере усиления полярного сияния вы видите больше огней, но вместе с этим в атмосферу поступает больше энергии, поэтому атмосфера вблизи полюсов становится очень горячей, что начинает отталкивать воздух от полюсов к экватору», — сказал Инглэнд.

«Эти данные поднимают множество вопросов, например, произошло ли во время этой геомагнитной бури что-то действительно отличающееся от того, что случалось ранее, или у нас просто есть более совершенные приборы для измерения изменений?»

Более того, что могут означать эти изменения для созданной человеком техники, которая вращается в этом регионе атмосферы?

Больше, чем просто шоу северного сияния

Верхняя атмосфера Земли, простирающаяся примерно от 60 до 400 миль над нами, граничит с космосом и является зоной тусовки спутников и Международной космической станции. Верхняя атмосфера состоит из некоторых из тех же частиц, что и нижняя атмосфера, где мы живем и дышим.

Но у нее есть и другая сторона — ионосфера, которую можно представить почти как электрическое одеяло — сильно заряженное и постоянно колеблющееся. Эти заряженные частицы в ионосфере — это то, что делает эту область космоса такой динамичной. Температура и состав верхней атмосферы и ионосферы часто меняются. Фактически, это происходит предсказуемо в течение дня и ночи и даже меняется со временем в зависимости от сезона.

Ингланд сказал, что частицы в атмосфере Земли подвержены влиянию многочисленных факторов в космосе, включая активность Солнца. Во время вспышки солнечной геомагнитной бури интенсивный выброс радиации от Солнца изменяет состав и скорость частиц в атмосфере Земли. Так почему же в последние месяцы по всему миру северное сияние стало видно в местах, где его раньше не видели?

«Количество солнечных пятен, вспышек и штормов меняется с 11-летним циклом, который мы называем солнечным циклом», — сказал Инглэнд. «Количество вспышек, которые мы наблюдаем, постепенно увеличивается в течение последних нескольких лет по мере приближения к пику солнечного цикла».

Помимо видимости северного сияния, геомагнитные бури оказывают ряд воздействий на наши технологии. Поскольку радио- и GPS-сигналы проходят через это постоянно колеблющееся «электрическое одеяло», изменения в этом слое атмосферы могут нарушить сигналы и помешать работе навигационных и коммуникационных систем, таких как GPS.

На этот важнейший слой могут влиять различные факторы как земной, так и космической погоды, но еще многое предстоит узнать о том, почему происходят изменения в верхних и нижних слоях атмосферы и как они могут повлиять на жизнь, какой мы ее знаем.

«Эти бури также могут усиливать электрические токи, текущие вокруг Земли, что может повлиять на технологические устройства, использующие очень длинные провода. В последние годы имели место воздействия на электросети, когда по проводам протекал слишком большой ток. Во время крупнейшей из когда-либо зарегистрированных геомагнитных бурь, события Кэррингтона в 1859 году, это привело к возгоранию телеграфных систем — пиковой технологии на тот момент —», — сказал Инглэнд.

Ученые подозревают, что шторм, подобный событию Кэррингтона 1859 года, если бы он произошел сегодня, мог бы вызвать интернет-апокалипсис, оставив без доступа большое количество людей и предприятий. Хотя шторм 11 мая не вызвал серьезных сбоев, а пик солнечного цикла, как ожидается, придется на июль 2025 года, нам все еще примерно через год предстоит узнать о потенциальных последствиях.

«Одна из причин, по которой мы изучаем геомагнитные бури, — это попытка построить модели для прогнозирования их последствий», — сказал Инглэнд. «Основываясь на солнечном цикле, мы ожидаем, что условия, которые мы наблюдаем в этом году, сохранятся примерно в течение следующих двух лет».

Больше информации: Deepak Kumar Karan et al, GOLD Observations of the Merging of the Southern Crest of the Equatorial Ionization Anomaly and Aurora During the 10 and 11 May 2024 Mother's Day Super Geomagnetic Storm, Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2024GL110632
Письма геофизических исследований (2024). DOI: 10.1029/2024GL110506