Масштабний геомагнітний супершторм у травні 2024 року дав науковцям безпрецедентну можливість побачити, як плазмовий щит Землі руйнується та повільно відновлюється під дією екстремального сонячного тиску.
Використовуючи ідеально розташований супутник Arase, дослідники спостерігали, як плазмосфера стискається до частки свого звичного розміру й відновлюється протягом кількох днів — значно довше, ніж очікувалося. Наслідки шторму проявилися у вигляді вражаючих низькошировинних полярних сяйв, а також збоїв у роботі супутників, GPS і систем зв’язку.
Геомагнітні супершторми та подія Дня матері 2024 року
Геомагнітний супершторм — це один із найпотужніших видів космічної погоди, який виникає, коли Сонце обрушує на Землю величезні порції енергії та потоки заряджених частинок. Події такої сили трапляються рідко — приблизно раз на 20–25 років. 10–11 травня 2024 року Земля пережила найінтенсивніший супершторм більш ніж за два десятиліття — явище, відоме як шторм Геннона або шторм Дня матері.
Команда на чолі з доктором Ацукі Шінборі з Інституту досліджень взаємодії космосу та Землі Університету Нагої зібрала прямі дані про цю рідкісну подію, вперше надавши чітку та детальну картину того, як супершторм стискає плазмосферу Землі (область заряджених частинок навколо планети). Дослідження, опубліковане в журналі Earth, Planets and Space, показує, як плазмосфера та іоносфера реагують на екстремальну сонячну активність, і пропонує нові дані, які можуть покращити прогнози супутникових збоїв, проблем із GPS та перебоїв зв’язку під час сильних космічних бур.
Супутник Arase на передовій спостереження за історичним стисненням
Супутник Arase, запущений JAXA у 2016 році, рухається крізь плазмосферу Землі та вимірює плазмові хвилі й магнітні поля. Його розташування під час події травня 2024 року дозволило зафіксувати драматичне стискання плазмосфери та її повільне повернення до норми — деталі, яких раніше ніколи не спостерігали. Це вперше, коли науковці отримали безперервні прямі вимірювання такого сильного зниження висоти плазмосфери під час супершторму.
«Ми відстежували зміни в плазмосфері за допомогою супутника Arase та використовували наземні GPS-приймачі для моніторингу іоносфери — джерела заряджених частинок, що поповнюють плазмосферу. Спостереження за обома шарами показало, наскільки різко стиснулася плазмосфера і чому її відновлення зайняло так багато часу», — пояснив доктор Шінборі.
Рідкісне низькошировинне червоне полярне сяйво в Японії
Під час супершторму травня 2024 року в Рікубецу, Японія, зафіксували рідкісне полярне сяйво в низьких широтах — найсильніший шторм за понад 20 років спричинив екстремальне стиснення плазмосфери Землі, вперше задокументоване через прямі супутникові вимірювання.
Супершторм змусив плазмосферу скоротитися до рекордно низьких висот
Зазвичай плазмосфера простягається на десятки тисяч кілометрів у космос і разом із магнітним полем Землі захищає планету від потоків заряджених частинок. Під час супершторму її зовнішня межа змістилася з приблизно 44 000 км до лише 9 600 км.
Шторм був спричинений серією потужних сонячних викидів, які викинули мільярди тонн зарядженого матеріалу в напрямку Землі. Лише за дев’ять годин плазмосфера стиснулася приблизно до однієї п’ятої свого нормального розміру. Її відновлення було незвично повільним і тривало понад чотири дні — це найдовший період відновлення, зафіксований супутником Arase з 2017 року.
«Ми з’ясували, що спершу шторм спричинив інтенсивне нагрівання поблизу полюсів, а згодом це привело до значного падіння кількості заряджених частинок по всій іоносфері, що сповільнило відновлення. Така затяжна нестача частинок може впливати на точність GPS, роботу супутників та ускладнювати прогнозування космічної погоди», — зазначив доктор Шінборі.
Аврори, що зміщуються до екватора через стискання магнітного поля
Під час найінтенсивнішої фази супершторму екстремальна сонячна активність стиснула магнітне поле Землі, дозволивши зарядженим частинкам проходити набагато далі вздовж магнітних ліній у бік екватора. Це спричинило появу вражаючих полярних сяйв у незвично низьких широтах — від Японії та Мексики до південної Європи.
Негативні шторми та хімія, що затримує відновлення плазмосфери
Приблизно через годину після приходу шторму заряджені частинки в верхній атмосфері різко зросли на високих широтах і рушили до полярної шапки. Коли шторм почав слабшати, плазмосфера мала почати повторно наповнюватися частинками з іоносфери.
Зазвичай цей процес займає день-два, але цього разу він тривав понад чотири дні через явище під назвою «негативний шторм». Під час негативного шторму рівень частинок в іоносфері різко падає внаслідок хімічних змін, спричинених інтенсивним нагріванням. Рівні іонів кисню знижуються, а це заважає утворенню водневих частинок, необхідних для відновлення плазмосфери. Такі шторми невидимі й фіксуються лише супутниками.
Наслідки для супутників, точності GPS та прогнозування космічної погоди
«Негативний шторм сповільнив відновлення, змінюючи хімію атмосфери та відрізаючи постачання частинок до плазмосфери. Зв’язок між негативними штормами та затримками відновлення ніколи раніше не спостерігався так чітко», — сказав доктор Шінборі.
Ці висновки дають чіткіше розуміння того, як змінюється плазмосфера та як енергія проходить через неї. Під час шторму кілька супутників зазнали електричних збоїв або припинили передавати дані, GPS-сигнали порушувалися, а радіозв’язок працював нестабільно. Розуміння того, як довго відновлюється плазмовий шар Землі після таких подій, є ключем до точнішого прогнозування космічної погоди й захисту космічних технологій.
