Сила геомагнитного шторма в апреле 2023 года стала неожиданностью отчасти потому, что выброс корональной массы (CME), который вызвал его, последовала за относительно слабой солнечной вспышкой, рассматриваемой как яркая область в нижней части центра в этом экстремальном ультрафиолетовом изображении солнца от обсерватории Солнечной динамики НАСА. CME, которые производят сильные геомагнитные штормы, обычно предшествуют более сильные вспышки. Тем не менее, команда ученых думает, что быстрый солнечный ветер из корональной дыры (темная область под вспышкой на этом изображении) помогла повернуть CME и сделать его более мощным, когда она ударила землю. Кредит: НАСА/SDO
Неожиданно сильный солнечный шторм раскачивал нашу планету 23 апреля 2023 года, вызвав Ауроры до юга Южного Техаса в США и удивленно застал мир.
Двумя днями ранее солнце взорвало выброс корональной массы (CME) — облако энергетических частиц, магнитных полей и солнечного материала — Toward Earth. Космические ученые обратили на это внимание, ожидая, что это может привести к нарушениям магнитного поля Земли, известного как геомагнитный шторм. Но CME не был особенно быстрым или массивным, и ему предшествовал относительно слабая солнечная вспышка, предполагая, что шторм будет незначительным. Но это стало серьезным.
Используя миссии НАСА гелиофизики, новые исследования этого шторма и других помогают ученым узнать, почему некоторые CME имеют более интенсивные последствия — и лучше предсказать влияние будущих солнечных извержений на нашу жизнь.
Почему этот шторм был таким интенсивным?
В статье, опубликованной в астрофизическом журнале 31 марта, предполагается, что ориентация CME относительно Земли, вероятно, привела к тому, что шторм в апреле 2023 года стал удивительно сильной.
Исследователи собрали наблюдения из пяти гелиофизических космических кораблей по всей внутренней солнечной системе, чтобы подробно изучить CME, когда он появился от солнца и отправился на Землю.
Они заметили большую корональную дыру рядом с местом рождения CME. Корональные отверстия — это области, где солнечный ветер — поток частиц, текущий от солнца, — простирается наружу на высоких, чем нормальных скоростях.
«Быстрый солнечный ветер, исходящий из этой корональной дыры, действовал как воздухозависимый ток, подталкивая CME от его первоначальной прямой дорожки и подталкивая его ближе к орбитальному самолету Земли»,-сказал ведущий автор газеты, Evangelos Paouris из лаборатории прикладной физики Johns Hopkins в Лорел, штат Мэриленд. «В дополнение к этому отклонению, CME также слегка повернулся».
Паурис говорит, что это превратило магнитные поля CME напротив магнитного поля Земли и удерживало их туда — призывая больше энергии солнца, чтобы залить в окружающую среду Земли и усиливая шторм.
До, во время и после сильного геомагнитного шторма в апреле 2023 года космический корабль НАСА (глобальные наблюдения за конечностями и диска) измеряли температуру в средней термосфере Земли по обширной площади, что не может сделать другое космическое корабль. Эта карта показывает разницу в температуре в период с 17 апреля (DOY 107) и 25 апреля (DOY 115), с красным, что указывает на более теплые температуры и синий, показывающий холодность. Это показывает, что средняя термосфера была прохладнее 25 апреля, на следующий день после того, как геомагнитный шторм закончился, чем 17 апреля, до начала шторма. Кредит: Xuguang Cai (Университет Колорадо, Боулдер)
Прохладная термосфера
Между тем, миссия НАСА по золоту НАСА (глобальные наблюдения за конечностями и диска) выявила еще одно неожиданное следствие шторма в апреле 2023 года на Земле.
До, во время и после шторма золото изучало температуру в средней термосфере, часть верхней атмосферы Земли примерно в 85-120 милях над головой. Во время шторма температура увеличилась на протяжении всего широкого поля зрения на Америке. Но удивительно, что после шторма температура снизилась примерно на 90-88 градусов по Фаренгейту ниже, чем до шторма (от 980 до 1070 градусов по Фаренгейту перед штормом до 870 до 980 градусов по Фаренгейту).
«Наше измерение является первым, кто продемонстрирует широкое охлаждение в средней термосфере после сильного шторма», — сказал Xuguang Cai из Университета Колорадо, Боулдер, ведущий автор документа о наблюдениях Gold, опубликованных в журнале JGR Space Physics 15 апреля 2025 года.
Температура термосферы важна, потому что она влияет на то, насколько переживает спутники, оорсирующие землю и космический мусор.
«Когда термосфера остывает, она сжимается и становится менее плотной на спутниковых высотах, уменьшая сопротивление», — сказал Кай. «Это может привести к тому, что спутники и космический мусор остаются на орбите дольше, чем ожидалось, увеличивая риск столкновений. Понимание того, как геомагнитные штормы и солнечная активность влияют на верхнюю атмосферу Земли, помогает защитить технологии, на которые мы все полагаемся — например, GPS, спутники и радиоучтения».
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
Прогнозирование, когда ударяются штормы
Чтобы предсказать, когда CME вызовет геомагнитный шторм или будет «геоэффективным», некоторые ученые объединяют наблюдения с машинным обучением. В статье, опубликованной в ноябре прошлого года в журнале Solar Physics, описывается один такой подход под названием Geocme.
Машинное обучение — это тип искусственного интеллекта, в котором компьютерный алгоритм учится из данных для идентификации шаблонов, а затем использует эти шаблоны для принятия решений или прогнозов.
Ученые обучали GeoCme, предоставив ему изображения из космического корабля NASA/ESA (Европейское космическое агентство) Сохо (Солнечная и гелиосферная обсерватория) различных CME, которые достигли Земли вместе с изображениями Сохо солнца до, во время и после каждого CME. Затем они рассказали модели, производил ли каждый CME геомагнитный шторм.
Затем, когда ему давали изображения из трех различных научных инструментов на SOHO, прогнозы модели были очень точными. Из 21 геоэффективных CME модель правильно предсказала все 21 из них; Из 7 неэффективных он правильно предсказал 5 из них.
«Алгоритм показывает обещание», — сказал гелиофизик Джек Ирландия из Центра космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который не участвовал в исследовании. «Понимание того, будет ли CME геоэффективным или нет, может помочь нам защитить инфраструктуру в космосе и технологических системах на Земле. В этой статье показываются подходы машинного обучения для прогнозирования геоэффективных CMEs.
Земные точки Лагранжа — это места в космосе, где гравитационное притяжение между солнцем и балансом Земли, что делает их относительно стабильными местами, чтобы поставить космический корабль. Кредит: НАСА
Более ранние предупреждения
Во время сильной геомагнитной шторма в мае 2024 года — самой сильной погремучной земле за более чем 20 лет — стерео -стерео Наса (обсерватория на солнечных наземных отношениях) измеряла структуру магнитного поля CME, когда они проходили мимо.
Когда CME направился к Земле сначала попадает в космический корабль, этот космический корабль часто может измерить CME и его магнитное поле, помогая ученым определить, насколько сильным будет геомагнитный шторм на Земле. Как правило, первый космический корабль, который попал в один миллион миль от Земли к солнцу в месте под названием LaGrange Point 1 (L1), что дает нам только 10-60 минут, предупреждение о продвижении.
Случайно, во время шторма в мае 2024 года, когда несколько CME вспыхнули от солнца и объединились по дороге на землю, стерео-космический аппарат НАСА оказался между нами и солнцем, примерно на 4 миллиона миль ближе к солнцу, чем L1.
В статье, опубликованной 17 марта 2025 года в журнале «Космическая погода», сообщает, что если стерео-А служил в качестве стражи CME, она мог бы обеспечить точный прогноз результирующей силы шторма на 2 часа и на 34 минуты раньше, чем космический корабль мог бы на L1.
По словам ведущего автора газеты, Ева Вейлер из австрийского офиса космической погоды в Гразе: «Никакая другое супер-бурильство, направленное на землю, никогда не наблюдалось космическим кораблем, расположенным ближе к солнцу, чем L1».
