Рост уровня CO2 может усилить космические бури и повлиять на спутники

Будущие космические бури будут оказывать более сильное воздействие в разреженной атмосфере, что изменит риски для спутников. Источник: Shutterstock

Повышение концентрации углекислого газа в верхних слоях атмосферы изменит влияние геомагнитных бурь на Землю, что может иметь последствия для тысяч орбитальных спутников. К такому выводу пришли учёные из Национального центра атмосферных исследований США (NSF NCAR).

Геомагнитные бури, вызванные мощными выбросами заряженных частиц с поверхности Солнца, представляют растущую угрозу для технологически зависимого общества. Эти бури временно увеличивают плотность верхних слоёв атмосферы, что приводит к повышенному сопротивлению для спутников, влияя на их скорость, высоту и срок службы.

Новое исследование с использованием компьютерного моделирования показало, что в будущем плотность верхних слоёв атмосферы во время геомагнитных бурь будет ниже по сравнению с современными бурями той же интенсивности. Это связано с общим снижением базовой плотности атмосферы, из-за чего будущие бури не смогут поднять её до нынешних пиковых значений.

Однако относительная величина увеличения плотности — разница между базовым уровнем и пиком во время многодневной бури — в будущем станет больше.

«Энергия Солнца будет по-другому влиять на атмосферу в будущем, потому что её фоновая плотность изменится, что создаст иную реакцию», — пояснил ведущий автор исследования, учёный NSF NCAR Николас Педателла. «Для спутниковой индустрии это особенно важно, так как спутники проектируются под определённые атмосферные условия».

Исследование, проведённое совместно с Университетом Кюсю (Япония), опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

Холоднее и разреженнее

Верхние слои атмосферы приобретают всё большее значение из-за зависимости общества от спутниковых технологий: навигации, передачи данных, систем национальной безопасности и других.

В отличие от нижних слоёв, которые нагреваются из-за выбросов CO2, верхние слои атмосферы, напротив, охлаждаются. Это связано с тем, что на больших высотах углекислый газ не поглощает и не переизлучает тепло, а отдаёт его в космос.

Предыдущие исследования оценивали, как рост концентрации CO2 и других парниковых газов снизит плотность верхних слоёв атмосферы. Однако Педателла и его коллеги задались другим вопросом: как изменится плотность во время мощных геомагнитных бурь в будущем?

Учёные смоделировали супербурю 10–11 мая 2024 года, когда серия мощных солнечных выбросов (корональных массовых выбросов) воздействовала на атмосферу Земли. Они сравнили реакцию атмосферы на аналогичную бурю в 2016 году и в трёх будущих периодах (2040, 2061 и 2084 годы), приходящихся на минимумы 11-летнего солнечного цикла.

Для анализа использовалась модель Whole Atmosphere Community Climate Model, которая охватывает всю атмосферу — от поверхности до верхних слоёв термосферы (500–700 км).

Результаты показали, что к концу века плотность верхних слоёв атмосферы во время бури будет на 20–50% ниже, чем в 2024 году. Однако относительное изменение плотности (от базового уровня до пика) окажется больше. Если сейчас буря увеличивает плотность более чем вдвое, то в будущем — почти втрое. Это связано с тем, что та же буря будет сильнее воздействовать на разреженную атмосферу.

Педателла отметил, что необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как изменится космическая погода, включая изучение разных типов геомагнитных бурь и их влияние в разные фазы солнечного цикла.

«Теперь у нас есть модели, позволяющие изучать сложные взаимосвязи между нижними и верхними слоями атмосферы, — сказал он. — Это критически важно, так как изменения могут иметь серьёзные последствия».

Исследование поддержано Национальным центром атмосферных исследований США (NSF NCAR).

Источники: sciencedaily.com, National Center for Atmospheric Research