11 мая жители юга Соединенных Штатов стали свидетелями редкого и величественного зрелища — полярного сияния, которое обычно наблюдается только в северных широтах. Однако это необычное явление оказалось не единственным удивительным событием того дня. В те же выходные на Среднем Западе был зафиксирован сбой в работе трактора, управляемого GPS.
Как выяснилось, эти два события имеют общую причину — геомагнитную бурю, которая произошла в тот день. Об этом упомянуто в двух статьях, опубликованных в журнале Geophysical Research Letters, соавтором которых является Скотт Ингланд из Политехнического университета Вирджинии.
«Северное сияние вызывается энергичными заряженными частицами, попадающими в верхние слои атмосферы и подвергающимися воздействию многочисленных факторов космоса, включая Солнце. Во время солнечных геомагнитных бурь в пространстве вокруг Земли появляется гораздо больше этих энергичных заряженных частиц, поэтому мы видим усиление северного сияния, а область, в которой его можно увидеть, расширяется, включая такие места, где обычно не видно этого явления», — объясняет Инглэнд, доцент кафедры аэрокосмической и океанической инженерии имени Кевина Т. Крофтона.
Ингланд и его команда отслеживали событие в верхних слоях атмосферы 11 мая с помощью инструмента GOLD от NASA. Это оказалась самая сильная геомагнитная буря, зафиксированная за последние 20 лет.
Исследователи обнаружили, что во время геомагнитной бури произошли значительные изменения в расположении и распространении частиц в верхних слоях атмосферы. Они также зафиксировали изменения состава и температуры.
«По мере усиления полярного сияния видно больше свечения, но вместе с этим в атмосферу поступает больше энергии, поэтому атмосфера вблизи полюсов становится очень горячей, что начинает отталкивать воздух от полюсов к экватору», — говорит Инглэнд.
Учёные подчеркивают, что геомагнитные бури могут иметь серьёзные последствия для техники. Изменения в верхних слоях атмосферы могут нарушить сигналы GPS и радиосвязи, а также повлиять на работу навигационных и коммуникационных систем.
«Эти бури также могут усиливать электрические токи, текущие вокруг Земли, что может повлиять на устройства, использующие очень длинные провода. В последние годы имели место воздействия на электросети, когда по проводам протекал слишком большой ток. Во время крупнейшей когда-либо зарегистрированной геомагнитной бури, события Кэррингтона в 1859 году, это привело к возгоранию телеграфных систем — пиковой технологии на тот момент», — предупреждает Инглэнд.
Учёные подозревают, что шторм, подобный событию Кэррингтона 1859 года, если бы он произошел сегодня, мог бы вызвать интернет-апокалипсис, оставив без доступа большое количество людей и предприятий. Хотя шторм 11 мая не вызвал серьёзных сбоев, а пик солнечного цикла, как ожидается, придётся на июль 2025 года, примерно через год предстоит узнать о потенциальных последствиях.
«Одна из причин, по которой мы изучаем геомагнитные бури, — это попытка построить модели для прогнозирования их последствий. Основываясь на солнечном цикле, мы ожидаем, что условия, которые наблюдаем в этом году, сохранятся примерно в течение следующих двух лет», — заключает Инглэнд.
Верхняя атмосфера Земли граничит с космосом и является зоной размещения спутников и Международной космической станции. Она состоит из некоторых из тех же частиц, что и нижняя атмосфера, где мы живём и дышим.
Но у нее есть и другая сторона — ионосфера, которую можно представить почти как электрическое одеяло — сильно заряженное и постоянно колеблющееся. Заряженные частицы в ионосфере — это то, что делает эту область космоса такой динамичной. Температура и состав верхней атмосферы и ионосферы часто меняются. Фактически, это происходит предсказуемо в течение дня и ночи и даже меняется со временем в зависимости от сезона.
Ингланд сказал, что частицы в атмосфере Земли подвержены влиянию многочисленных факторов в космосе, включая активность Солнца. Во время вспышки солнечной геомагнитной бури интенсивный выброс радиации от Солнца изменяет состав и скорость частиц в атмосфере Земли. Так почему же в последние месяцы по всему миру северное сияние стало видно в местах, где его раньше не видели?
«Количество солнечных пятен, вспышек и штормов меняется с 11-летним циклом, который мы называем солнечным циклом. Количество вспышек, которые мы наблюдаем, постепенно увеличивается в течение последних нескольких лет по мере приближения к пику солнечного цикла», — сказал Инглэнд.
Исследователи зафиксировали некоторые «вихревые узоры» и движение воздуха от полярного сияния, вызывающее образование огромных вихрей, которые перемещали воздух по спирали, большей, чем ураган. Наблюдения включали: непредсказуемое движение заряженных частиц низкой энергии от экватора к полярному сиянию; заряженные частицы, которые можно разделить на две группы: низкоэнергетические и высокоэнергетические, последние из которых могут нанести вред людям, работающим в космосе, и повредить электронику; изменения температуры и давления, которые, вероятно, приводят к наблюдаемым завихрениям и вихрям; изменения в местоположении и распространении частиц с низкой энергией, которые могут негативно повлиять на GPS, спутники и даже электросети.
Эти данные поднимают множество вопросов, например, произошло ли во время этой геомагнитной бури что-то действительно отличающееся от того, что случалось ранее, или у учёных просто появились более совершенные приборы для измерения изменений?
