Аннотация:
В мае 2024 года по миру прокатилась крайне редкая геомагнитная буря, а великолепное полярное сияние редко проникало глубоко в низкие широты, удивляя бесчисленное множество наблюдателей. Однако это суперсобытие, известное как «Шторм Ганнона» или «Шторм Дня матери», не только принесло визуальные зрелища, но и его геомагнитный индекс SYM-H упал до -518 нанотесла, став вторым по силе геомагнитным штормом в мире с 1981 года после шторма в ноябре 2004 года.
Высоко в небе, где сияет полярное сияние, внутри магнитосферы Земли разворачивается аномальная сцена, которая подрывает традиционное понимание астрономического сообщества: международная группа, состоящая из научно-исследовательских институтов, таких как Университет Нагои в Японии, недавно обнаружила, что, хотя солнечный ветер, обрушившийся на Землю в то время, был чрезвычайно плотным, подавляющее большинство основных ионов, которые доминировали в этой буре века, исходили не от солнечного ветра в космическом пространстве, а из собственной ионосферы Земли.
В возмущении магнитного поля ядра геомагнитных бурь в основном преобладают кольцевые токи. Кольцевые токи относятся к потокам ионов высокой энергии (в основном ионов водорода и кислорода), которые медленно движутся вокруг Земли на расстоянии от тысяч до десятков тысяч километров от экватора. Создаваемое ими обратное магнитное поле частично компенсирует геомагнитное поле на земле. На протяжении десятилетий наука спорила о том, какая часть материала в кольцевом токе поступает из солнечного ветра, а какая — из электрически заряженных верхних слоев атмосферы Земли (ионосферы). Согласно традиционным предположениям, поскольку супершторм в мае 2024 года вызван прямой бомбардировкой солнечного ветра высокой плотности, образовавшегося в результате непрерывного сильного взрыва солнечных пятен и слияния множества намагниченных плазменных облаков, решающую роль должны сыграть ионы солнечного ветра.
Однако последние данные прямого обнаружения, опубликованные в журнале Science Advances, полностью опровергли это предположение. Спутник «Arase/ERG», управляемый совместно Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) и Университетом Нагои, точно прошел через область формирования кольцевого тока на ранней стадии и в пиковый период шторма. Прецизионный прибор, установленный на спутнике, не только впервые одновременно наблюдал ионы кольцевого тока и солнечного ветра в супергеомагнитной буре той же величины, но также зафиксировал беспрецедентное соотношение состава материала - данные показывают, что около 85% ионов высокой энергии в кольцевом токе представляют собой ионы кислорода из ионосферы Земли, а фактический вклад ионов солнечного ветра минимален.
Ионы кислорода, выбрасываемые из ионосферы, намного тяжелее легких частиц, принесенных солнечным ветром. Чрезвычайное доминирование этих тяжелых ионов значительно усиливает возмущение магнитного поля. Когда шторм достиг своего пика, «Арасе» наблюдал резкое падение напряженности магнитного поля до 40% в перигее, примерно в 16 000 километрах от Земли. Расстояние между зоной возмущения ядра и поверхностью значительно обновило околоземное экстремальное значение предыдущих аналогичных записей. В сопровождении этого беспрецедентного сильного искажения магнитного поля высокоэнергетические электроны в этой области также одновременно испытали резкое падение и вылет.
Этот революционный результат измерения не только дает ответ на загадку фундаментальной физики, но и имеет далеко идущее прикладное значение в реальном мире. Супергеомагнитные бури могут напрямую создавать радиационный риск для орбитальных космических кораблей, мешать GPS-навигации и радиосвязи и даже повреждать наземные электросети и вызывать крупномасштабные отключения электроэнергии. Существующие модели прогнозирования космической погоды уже давно слишком сильно полагаются на параметры солнечного ветра. Новые данные показывают, что состояние самой верхней атмосферы Земли также определяет верхний предел разрушительной силы мегагеомагнитных бурь. Этот результат исследования также обеспечивает надежную научную поддержку японской двухспутниковой миссии нового поколения «FACTORS», которая находится в стадии подготовки. Эта миссия будет специально исследовать, как атмосферные ионы Земли уходят в магнитосферу и «подливают масла в огонь» геомагнитных бурь. Ожидается, что в будущем это значительно повысит точность предупреждений об экстремальной космической погоде.
Комментарии