Исследование супершторма, произошедшего в мае 2024 года, показало, что атмосфера Земли может играть гораздо более значимую роль в усилении геомагнитных возмущений, чем считалось ранее. Ученые обнаружили, что во время экстремальных событий частицы из ионосферы планеты могут доминировать в составе кольцевого тока, усиливая магнитную бурю.
Событие, известное как «шторм Gannon» или «материнский шторм», началось 10 и 11 мая 2024 года после серии мощных вспышек на Солнце. Это привело к одному из сильнейших геомагнитных возмущений за последние десятилетия: индекс SYM-H опустился до −518 нанотесла, что стало вторым по величине показателем с 1981 года. Подобная интенсивность наблюдалась последний раз в ноябре 2004 года.
Роль кольцевого тока
Ключевым элементом таких штормов является кольцевой ток — пояс заряженных частиц (в основном ионов водорода и кислорода), который циркулирует вокруг Земли на высоте тысяч километров над экватором. Движение этих ионов создает магнитное поле, которое частично противодействует естественному магнитному полю Земли, ослабляя его показатели на поверхности.
Долгое время исследователи спорили, откуда берутся частицы для этого тока: из солнечного ветра или из ионосферы Земли. Ранее предполагалось, что при экстремально плотном солнечном ветре именно он будет основным источником ионов. Однако прямые измерения во время майского шторма опровергли это ожидание.
Данные спутника Arase
Подробности события удалось изучить благодаря японскому спутнику Arase, запущенному в 2016 году и эксплуатируемому JAXA. Аппарат пролетел через область кольцевого тока в начале шторма и в момент его пика, что позволило измерить массу и энергию отдельных ионов.
Как сообщил ведущий автор исследования Наритоши Китамура, данные показали, что около 85% ионов в кольцевом токе были представлены кислородом из ионосферы Земли. Солнечный ветер сыграл второстепенную роль, несмотря на свою высокую плотность. Кроме того, спутник зафиксировал снижение интенсивности магнитного поля на 40% на высоте около 16 000 километров, что значительно ближе к планете, чем фиксировалось при аналогичных сбоях ранее.
Последствия и прогнозы
Поскольку ионы из атмосферы Земли тяжелее частиц солнечного ветра, они могли усилить магнитное возмущение и привести к рекордному росту интенсивности тока вблизи планеты. По словам Наритоши Китамуры, понимание механизмов развития таких штормов важно, так как они создают радиационные риски для космических аппаратов, нарушают работу GPS, связи и электросетей.
Эти выводы могут изменить методы прогнозирования космической погоды. Сейчас модели опираются преимущественно на состояние солнечного ветра, но теперь становится ясно, что состояние верхней атмосферы Земли также влияет на итоговую силу шторма. Для дальнейшего изучения этих процессов предлагается миссия FACTORS, в рамках которой JAXA планирует запустить два спутника.
