Ученые-любители помогают составить карту ионосферного воздействия геомагнитной супербури

(a–c) Избранные кадры из видео, записанного камерой all-sky в обсерватории Missouri Skies. Север находится сверху, а запад справа. (d) Фотография, сделанная около Стонтона, штат Вирджиния, в 02:06 UT, вид на запад (фото предоставлено Дэйвом Лайонсом). (e) Профили электронной плотности с использованием модели Fang et al (2010) и распределения Максвелла. (f) Авроральная светимость на длинах волн 630,0, 557,7 и 427,8 нм с использованием Глобальной модели свечения воздуха для этих параметров осадков. Автор: Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2024GL111981

Одним из экстремальных полярных сияний в начале этого года (10–11 мая) стал геомагнитный «супершторм» Ганнона, названный в честь исследователя Дженнифер Ганнон, которая внезапно скончалась 2 мая.

Во время шторма в Ганноне исследователи обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института и гражданские ученые по всей территории Соединенных Штатов наблюдали за воздействием этого события на ионосферу Земли, как подробно описано в статье открытого доступа «Визуализация экстремального полярного сияния в мае 2024 года с использованием полного содержания электронов в ионосфере», опубликованной 14 октября в журнале Geophysical Research Letters.

Среди ученых-любителей был соавтор Дэниел Буш, который записал и транслировал в прямом эфире все полярное сияние из своей любительской обсерватории в Олбани, штат Миссури, а также привлек многочисленных наблюдателей-любителей, привлеченных через социальные сети.

Гражданская наука или общественная наука включает в себя членов широкой общественности, которые добровольно жертвуют своим временем, чтобы внести свой вклад, часто на значительном уровне, в научные исследования, включая наблюдения, сбор данных, разработку технологий, а также интерпретацию результатов и анализ.

Профессиональные ученые — не единственные, кто проводит исследования. Совместная работа гражданских ученых не только способствует получению более весомых научных результатов, но и повышает прозрачность научной работы по вопросам, важным для всего населения, и увеличивает вовлеченность в STEM многих групп людей, которые не являются профессиональными учеными в этих областях.

Haystack собрал данные для этого исследования из плотной сети приемников GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система, включая такие системы, как GPS) по всей территории Соединенных Штатов, которые отслеживают изменения в вариациях ионосферного TEC в масштабе времени менее минуты. В этом исследовании Джон Фостер и его коллеги составили карту полярных сияний во время шторма Ганнон с точки зрения изменений TEC и работали с гражданскими учеными, чтобы подтвердить расширение полярных сияний с помощью неподвижных фотографий и видеонаблюдений.

Как наблюдения ПЭС, так и процедурное включение синхронных изображений, полученных от гражданских ученых, были новаторскими; это первое использование ПЭС ионосферы, полученного в результате осадков, для картирования возникновения и эволюции сильного полярного сияния в континентальном масштабе.

Ведущий автор Фостер говорит: «Эти наблюдения подтверждают правильность метода картирования ПЭС для детальных исследований полярных сияний и обеспечивают новаторское обнаружение сильных изолированных всплесков ионизации, вызванной осадками, связанных с быстрым усилением и расширением полярной активности».

Ученые Haystack также связали свою работу с наблюдениями граждан, опубликованными в социальных сетях, чтобы подтвердить измерения TEC, выполненные с помощью сети приемников GNSS. Эти цветные изображения и очень высокие уровни TEC привели к выводу, что интенсивное красное сияние было совмещено с передним краем экваториального и западного увеличения уровней TEC, что указывает на то, что повышение TEC было вызвано интенсивным выпадением низкоэнергетических электронов после геомагнитной супербури.

Эта буря была исключительно сильной, с полярной активностью, сосредоточенной относительно редко на средних широтах. Процессы в магнитосфере во время бури были непосредственной причиной полярных сияний и ионосферных возмущений. Они, в свою очередь, были вызваны предшествующим выбросом солнечной корональной массы и взаимодействием сильно возмущенного солнечного ветра с внешней магнитосферой Земли.

Наблюдения за ионосферой, представленные в данной статье, являются частью этой глобальной системы взаимодействий, и их характеристики могут быть использованы для лучшего понимания нашей взаимосвязанной атмосферной системы.

Соавтор и астроном-любитель Буш говорит: «Нередко бывает так, что «граждане-ученые», такие как я, вносят вклад в крупные научные исследования, предоставляя данные наблюдений за природными явлениями, наблюдаемыми в небе над Землей. Астрономия и геокосмические науки — это пара научных дисциплин, в которые любители, такие как я, все еще могут внести большой вклад, не покидая своего двора. Я очень горжусь тем, что некоторые из моих работ оказались ценными для формального исследования».

Несмотря на скромный тон, с которым он говорил о своем вкладе, его работа сыграла важную роль в достижении научных выводов исследования исследователей из Хейстек.

Знание этой сложной системы — это больше, чем интеллектуальное исследование; структура TEC и ионосферная активность представляют серьезную проблему космической погоды для спутниковых систем связи и навигации. Резкие градиенты и изменчивость TEC, наблюдаемые в этом исследовании, особенно значимы, когда происходят в густонаселенных средних широтах, как это было видно по всей территории Соединенных Штатов во время супершторма в мае 2024 года и более поздних полярных сияний.

Больше информации: JC Foster et al, Imaging the May 2024 Extreme Aurora With Ionospheric Total Electron Content, Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2024GL111981

Источник: Massachusetts Institute of Technology