Роль атмосферы Земли в создании сильных штормов, влияющих на спутниковую связь. Фото: Научная группа ERG
Исследование международной группы под руководством исследователей из Университета Нагои в Японии и Университета Нью-Гэмпшира в США выявило важность верхних слоев атмосферы Земли в определении того, как развиваются сильные геомагнитные бури.
Их выводы, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что ранее недооценивалась важность атмосферы Земли. Понимание факторов, вызывающих геомагнитные бури, важно, поскольку они могут оказывать прямое воздействие на магнитное поле Земли, например, вызывая нежелательные токи в энергосистеме и нарушая радиосигналы и GPS. Это исследование может помочь предсказать штормы, которые будут иметь самые серьезные последствия.
Ученым давно известно, что геомагнитные бури связаны с деятельностью Солнца. Горячие заряженные частицы составляют внешний видимый нами слой Солнца. Эти частицы вылетают из Солнца, создавая «солнечный ветер», и взаимодействуют с объектами в космосе, такими как Земля. Когда частицы достигают магнитного поля, окружающего нашу планету, известного как магнитосфера, они взаимодействуют с ним.
Взаимодействие между заряженными частицами и магнитными полями приводит к космической погоде, условиям в космосе, которые могут повлиять на Землю и технологические системы, такие как спутники.
Важной частью магнитосферы является магнитосфера. Хвост магнитосферы — это часть магнитосферы, простирающаяся от Солнца в направлении потока солнечного ветра. Внутри хвоста магнитосферы находится область плазменного слоя, полная заряженных частиц (плазмы). Плазменный слой важен, потому что он является источником частиц, которые попадают во внутреннюю магнитосферу, создавая ток, вызывающий геомагнитные бури.
Хотя важность Солнца хорошо известна, международная группа исследователей стремилась разгадать загадку того, какая часть плазмы в магнитосфере поступает с Земли и как этот вклад меняется во время геомагнитной бури.
Группу возглавляли Линн Кистлер, назначенный профессор Университета Нагои и профессор Университета Нью-Гэмпшира (перекрестное назначение), Ёшизуми Миёси, профессор Университета Нагои, и Томоаки Хори, назначенный профессор Университета Нагои.
Для своего исследования они использовали данные большой геомагнитной бури, произошедшей 7–8 сентября 2017 года. За это время Солнце выпустило массивный корональный выброс массы, который столкнулся с атмосферой Земли, что привело к огромной геомагнитной буре. Удар разрушил магнитосферу, что привело к помехам в радиосигналах, GPS и приложениях точного времени.
Исследователи ретроспективно проанализировали транспорт ионов во время этого события, используя данные нескольких космических миссий, включая миссию НАСА/Магнитосферная многомасштабная (MMS), японскую миссию Арасе, миссию ЕКА/Кластер и миссию НАСА/Ветер. Они отличали ионы от ионов солнечного ветра и самой ионосферы.
Используя одновременные измерения состава солнечного ветра для отслеживания изменений источника, они выявили существенные изменения в составе и других свойствах околоземного плазменного слоя по мере его развития. Такие свойства плазменного слоя, как плотность, распределение частиц по энергии и состав, влияют на развитие геомагнитной бури.
В начале основной фазы шторма источник сменился с преобладания солнечного ветра на преобладание ионосферы. «Самым важным открытием было то, что в начале геомагнитной бури плазма изменилась с преимущественно солнечной на преимущественно ионосферную», — объяснил Кистлер. «Это показывает, что геомагнитная буря вызывает больший отток из ионосферы Земли и что ионосферная плазма может быстро перемещаться по магнитосфере».
«В целом, наши исследования способствуют пониманию развития геомагнитных бурь, показывая важность ионосферной плазмы Земли», — продолжает она.
«Мы нашли убедительные доказательства того, что плазма не только Солнца, но и Земли вызывает геомагнитную бурю. Короче говоря, свойства плазменного слоя (плотность, распределение энергии частиц, состав) будут влиять на геомагнитные бури, и эти свойства в разных источниках различны».
Информация от: Университетом Нагои
