Супергеомагнитная буря в 2024 г. — вызов моделям прогнозирования космической погоды

Художественная иллюстрация выброса корональной массы. Автор: CC0 Public Domain

Теперь ученые раскрыли солнечное и межпланетное происхождение этих событий, объединив наблюдения со спутников и данные наблюдений с Земли, что еще больше подтверждает идею о том, что солнечные супербури являются «идеальными бурями», говорит Ин Лю, ведущий автор статьи из Университета Китайской академии наук в Пекине.

Последние несколько месяцев, по-видимому, стали пиком текущего солнечного цикла, который обозначен как 25-й цикл. Он был сильнее, чем 24-й солнечный цикл, пик которого пришелся на начало 2014 года, но слабее, чем другие пики солнечной активности с 1970 года.

В первой трети мая 2024 года на солнце образовалась большая и сложная «активная область» из-за слияния двух сложных активных групп солнечных пятен, которые появились в конце апреля и начале мая. 13 мая эта активная область исчезла за западным краем солнца, вращаясь к задней стороне солнца, если смотреть с Земли. Но в предыдущие дни, вращаясь с востока на запад на поверхности солнца, она производила солнечные вспышки класса M/X и выбросы корональной массы.

Буквенная классификация солнечных вспышек относится к максимальному количеству мягкой рентгеновской электромагнитной энергии, которую они переносят наружу на квадратный метр пространства («поток»), при этом вспышки класса X переносят примерно в 10 раз больший максимальный поток, чем вспышки класса M.

Кроме того, активные области производят выбросы корональной массы, представляющие собой скопления перегретого вещества («плазмы»), выбрасываемого Солнцем, которые распространяются в космосе, иногда в направлении Земли.

Когда корональные выбросы массы достигают магнитной области, окружающей Землю, они вызывают геомагнитные бури и могут повредить электросети и, влияя на ионосферу, некоторое радио- и вещательное оборудование. Самым интенсивным таким штормом, когда-либо наблюдавшимся, было событие Кэррингтона 1859 года, которое позволило некоторым телеграфным передачам работать без электричества и даже вызвало искрение и пожары на некоторых телеграфных станциях.

Параметры солнечного ветра из супербурь мая 2024 года. Вверху — плотность протонов, затем — объемная скорость плазмы, температура протонов, напряженность магнитного поля, β протонов, компоненты магнитного поля и, наконец, индекс D_st. Автор: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad7ba4

Одним из способов измерения интенсивности геомагнитных бурь для ученых-солнцеведов является индекс времени возмущения бури, обозначенный как D _st. Это мера силы кольцевого тока вокруг Земли, вызванного солнечными протонами и электронами; кольцевой ток создает магнитное поле, которое прямо противоположно магнитному полю Земли, а D _st измеряет, насколько ослаблено магнитное поле Земли, выражаясь отрицательным числом.

Геомагнитная буря в мае 2024 года имела D _st в -412 нТл (нанотесла; для сравнения, на поверхности магнитное поле Земли составляет около 45 000 нТл). Солнечная буря Хэллоуина 2023 года имела D _st около -401 нТл, а событие Кэррингтона, по оценкам, имеет D _st в диапазоне -850 нТл.

Используя спутник STEREO A, последний из пары идентичных спутников, вращающихся вокруг Солнца, мы обнаружили, что активная область Солнца произвела последовательные гало-корональные выбросы массы.

Исследовательская группа смогла получить ключевые выводы относительно формирования солнечных супербурь и того, как промежуточные вариации CME влияют на «геоэффективность» на Земле, то есть способность CME вызывать геомагнитные бури над Землей. Один из них был упомянут выше, поддерживая гипотезу о том, что солнечные супербури являются идеальными бурями по своей природе.

Они также отмечают, что исторические записи некоторых экстремальных солнечных событий также подтверждают эту гипотезу, например, событие Кэррингтона 1859 года и шторм в марте 1989 года (вызвавший девятичасовое отключение системы распределения электроэнергии в Квебеке, Канада), причем оба события были вызваны последовательными корональными выбросами массы из одних и тех же активных областей Солнца.

Первые сложные выбросы в мае 2024 года показали «значительные различия в магнитном поле и связанной с ним геоэффективности между Землей и STEREO A», написала группа, несмотря на лишь промежуточное расстояние между солнечными пятнами. И два разных случая сложных выбросов имели контрастную геоэффективность на Земле, что, как заключает группа, «в значительной степени обусловлено различными конфигурациями магнитного поля в пределах одной и той же активной области».

«Результаты показывают... что экстремальные события происходят чаще, чем мы себе представляем», — сказал Лю, подчеркнув, что они подтверждают гипотезу «идеального шторма», которую он разработал вместе с коллегами в 2019 году.

«Природа и частота солнечных супербурь бросают вызов существующим моделям и методам, используемым для прогнозирования космической погоды, а также вызывают серьезную обеспокоенность относительно того, что нам следует делать с точки зрения развития инфраструктуры, чтобы быть лучше подготовленными к экстремальной космической погоде».

Больше информации: Ying D. Liu et al, A Pileup of Coronal Mass Ejections Produced the Largest Geomagnetic Storm in Two Decades, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad7ba4