Десятого и одиннадцатого мая 2024 года Землю накрыл самый сильный геомагнитный супершторм за последние два десятилетия, известный как шторм Гэнно. Это экстремальное явление космической погоды, возникающее, когда Солнце выбрасывает в сторону Земли огромные потоки энергии и заряженных частиц, обычно происходит лишь раз в 20–25 лет.
Учёные под руководством доктора Ацуки Синбори из Института исследований космической и земной среды (ISEE) Университета Нагоя получили прямые наблюдения во время этого шторма. Впервые было детально изучено, как подобное событие сжимает плазмосферу Земли – защитную область из заряженных частиц, окружающую планету. Результаты исследования, опубликованные в журнале *Earth, Planets and Space*, показывают реакцию как плазмосферы, так и ионосферы на интенсивные солнечные возмущения. Эти данные улучшат прогнозирование сбоев в работе спутников, проблем с GPS и коммуникационных нарушений, вызванных экстремальной космической погодой.
Спутник Arase, запущенный Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) в 2016 году, движется сквозь плазмосферу Земли, измеряя плазменные волны и магнитные поля. Во время супершторма в мае 2024 года Arase оказался в идеальной позиции для фиксации сильного сжатия плазмосферы и последующего длительного, медленного восстановления. Это стало первым случаем, когда учёные получили непрерывные прямые данные, показывающие сокращение плазмосферы до столь низкой высоты во время супершторма.
Доктор Синбори поясняет: «Мы отслеживали изменения в плазмосфере с помощью спутника Arase и использовали наземные GPS–приёмники для мониторинга ионосферы – источника заряженных частиц, которые пополняют плазмосферу. Мониторинг обоих слоёв показал нам, насколько сильно сократилась плазмосфера и почему восстановление заняло так много времени».
Плазмосфера совместно с магнитным полем Земли помогает блокировать вредные заряженные частицы от Солнца и из глубокого космоса, обеспечивая естественную защиту для спутников и других технологий. В нормальных условиях эта область простирается далеко от Земли, но майский шторм заставил её внешний край сместиться внутрь – с примерно 44 000 км над поверхностью до всего лишь 9 600 км.
Шторм сформировался после нескольких крупных извержений на Солнце, выбросивших миллиарды тонн заряженных частиц в сторону Земли. Всего за девять часов плазмосфера сжалась примерно до одной пятой своего обычного размера. Её восстановление оказалось необычно медленным, заняв более четырёх дней для пополнения, что стало самым продолжительным периодом восстановления с момента начала мониторинга этой области спутником Arase в 2017 году.
«Мы обнаружили, что шторм сначала вызвал интенсивный нагрев вблизи полюсов, но затем это привело к значительному падению заряженных частиц по всей ионосфере, что замедлило восстановление. Это длительное нарушение может повлиять на точность GPS, помешать работе спутников и усложнить прогнозирование космической погоды», – отмечает доктор Синбори.
На пике шторма солнечная активность так сильно сжала магнитное поле Земли, что заряженные частицы смогли пройти намного дальше вдоль магнитных силовых линий к экватору. В результате яркие полярные сияния появились в местах, где они крайне редки. Обычно сияния возникают вблизи полюсов, поскольку магнитное поле Земли направляет солнечные частицы в атмосферу именно там. Этот шторм был достаточно мощным, чтобы сместить зону сияний далеко за её обычное местоположение вблизи арктического и антарктического кругов, создавая эффектные зрелища в среднеширотных регионах, таких как Япония, Мексика и южная Европа – в областях, где полярные сияния наблюдаются редко. Более сильные геомагнитные бури позволяют этим свечениям достигать всё более экваториальных регионов.
Примерно через час после прихода супершторма заряженные частицы хлынули через верхнюю атмосферу Земли на высоких широтах и устремились к полярной шапке. По мере ослабления шторма плазмосфера начала пополняться частицами, поступающими из ионосферы.
Этот процесс восстановления обычно занимает всего один–два дня, но в данном случае пополнение затянулось до четырёх дней из–за явления, известного как «отрицательный шторм». При отрицательном шторме уровень частиц в ионосфере резко падает на больших территориях, когда интенсивный нагрев изменяет химический состав атмосферы. Это уменьшает количество ионов кислорода, которые помогают создавать частицы водорода, необходимые для восстановления плазмосферы. Отрицательные штормы невидимы и могут быть обнаружены только с помощью спутников.
«Отрицательный шторм замедлил восстановление, изменив химию атмосферы и перекрыв подачу частиц в плазмосферу. Эта связь между отрицательными штормами и задержкой восстановления никогда ранее не наблюдалась так явно», – заявил доктор Синбори.
Эти результаты дают более чёткое представление о том, как плазмосфера изменяется во время сильной солнечной бури и как энергия перемещается в этой области космоса. Во время шторма несколько спутников столкнулись с электрическими проблемами или прекратили передачу данных, сигналы GPS стали менее точными, а радиосвязь была нарушена. Понимание того, сколько времени требуется плазменному слою Земли для восстановления после таких возмущений, крайне важно для прогнозирования будущей космической погоды и для защиты технологий, которые зависят от стабильных условий в околоземном космическом пространстве.
