80% защиты исчезло за часы: как космическая буря обнажила уязвимость Земли — история супершторма Гэннон

Май 2024 года запомнился не только впечатляющими полярными сияниями, но и событием, которое заставило учёных по-новому взглянуть на уязвимость Земли перед силами Солнца. Геомагнитная супербуря, названная в честь астрофизика Дженнифер Гэннон, оказалась одной из самых мощных за последние десятилетия и впервые позволила детально изучить, как подобные явления воздействуют на защитную плазмосферу нашей планеты.

Супершторм Гэннон: буря, видимая по всему миру

10-11 мая 2024 года миллионы людей по всему миру наблюдали редчайшее зрелище — сияющие небеса даже в регионах, где северные огни раньше были невозможны. Геомагнитная буря достигла широт, невиданных за последние 20 лет, а благодаря развитию прогнозов и социальным сетям это стало самым массово наблюдаемым проявлением космической погоды в истории.

Событие получило имя Супершторм Гэннон в память о Дженнифер Гэннон — учёной, внесшей огромный вклад в развитие прогнозирования солнечных бурь.

Что происходит во время геомагнитной бури

Когда Солнце выбрасывает мощные потоки плазмы — корональные выбросы массы (КВМ), они достигают Земли и сталкиваются с её магнитосферой. Плазма, состоящая из заряженных частиц, вступает во взаимодействие с плазмосферой — слоем, который окружает планету и защищает её от радиации.

Плазмосфера действует как естественный щит, отражающий поток частиц от Солнца и других источников космического излучения. Без неё уровень радиации на поверхности Земли был бы значительно выше, а для спутников в космосе — губителен.

Во время супершторма Гэннон плазмосфера подверглась колоссальному давлению. Спутник "Арасе" Японского аэрокосмического агентства, изучающий её изнутри, предоставил данные, которые впервые позволили учёным увидеть масштаб разрушения.

"Мы отслеживали изменения в плазмосфере с помощью спутника Arase и использовали наземные GPS-приёмники для мониторинга ионосферы — источника заряженных частиц, пополняющих плазмосферу. Мониторинг обоих слоёв показал нам, насколько резко сократилась плазмосфера и почему восстановление заняло так много времени", — заявил исследователь Нагойского университета Ацуки Синбори.

Сжатие защитного щита Земли

Наблюдения показали, что внешняя граница плазмосферы сократилась с 44 000 до 9 600 километров над поверхностью Земли — почти на 80%. Хотя большинство спутников продолжили функционировать, геостационарные аппараты на высоте около 35 800 километров оказались под угрозой.

Это сжатие изменило конфигурацию магнитного поля, оттеснив заряженные частицы ближе к экватору. Именно поэтому в те дни полярные сияния наблюдались даже в Мексике.

Почему восстановление затянулось

После шторма плазмосфера восстанавливалась более четырёх дней — вдвое дольше, чем после похожих бурь. Это стало возможным благодаря наблюдениям "Арасе".

"Мы обнаружили, что шторм сначала вызвал сильный нагрев вблизи полюсов, но затем это привело к значительному снижению концентрации заряженных частиц в ионосфере, что замедлило её восстановление. Этот продолжительный сбой может повлиять на точность GPS, помешать работе спутников и затруднить прогнозирование космической погоды", — отметил Синбори.

Главной причиной замедления стал так называемый отрицательный шторм — процесс, при котором из-за сильного нагрева уменьшается количество ионов кислорода в атмосфере.

"Отрицательный шторм замедлил восстановление, изменив химический состав атмосферы и прекратив поступление частиц в плазмосферу. Эта связь между отрицательными штормами и задержкой восстановления ранее не наблюдалась", — добавил Синбори.

Ионы кислорода играют ключевую роль в образовании водорода, необходимого для поддержания плазмосферы. Без них естественная защита Земли восстанавливается значительно медленнее.

Последствия для технологий

Супершторм Гэннон стал наглядным примером того, насколько современное общество зависит от космической стабильности. Из-за бурь подобного масштаба возможны:

• сбои в работе спутников;
• ошибки GPS-сигнала, влияющие на навигацию и сельхозтехнику;
• нарушения радиосвязи и сбоев в авиации.

Учёные предупреждают: если после одного мощного КВМ сразу последует второй, ущерб может быть куда серьёзнее. Восстановление плазмосферы потребует времени, а повторное воздействие способно нарушить работу коммуникаций по всему миру.

Сравнение: спокойная и бурная плазмосфера

А что если подобная буря повторится?

Учёные уже моделируют сценарии, при которых Земля столкнётся с несколькими корональными выбросами подряд. Такие события способны вызвать цепную реакцию — нарушить спутниковую навигацию, энергосистемы и связь. Поэтому данные супершторма Гэннон важны не только для астрономии, но и для глобальной безопасности.

Мифы и правда

• Миф: геомагнитные бури видны только у полюсов
  Правда: во время сильных вспышек сияния наблюдаются даже в субтропиках.
• Миф: спутники полностью защищены от солнечных бурь
  Правда: на геостационарных орбитах защита минимальна, и аппараты могут выйти из строя.
• Миф: влияние бурь ощущается только в космосе
  Правда: сильные события затрагивают радиосвязь, энергосети и даже работу GPS на Земле.

Три интересных факта

1. Во время супершторма Гэннон яркость сияний была настолько высокой, что в некоторых странах фиксировались ложные вызовы пожарных служб.
2. Спутник "Арасе" способен измерять электрические и магнитные поля с точностью до микровольта.
3. Исследование стало первым, где установлена связь между отрицательной бурей и замедлением восстановления плазмосферы.

Исторический контекст

1. В 1859 году "Каррингтонское событие" вызвало полярные сияния по всему миру и вывело из строя телеграфы.
2. В 1989 году буря отключила энергосистему Квебека.
3. Супершторм Гэннон стал первым, чьи эффекты были изучены детально в реальном времени.

Супершторм Гэннон стал не только крупнейшим явлением космической погоды за 20 лет, но и важным шагом к пониманию того, насколько тесно жизнь на Земле связана с динамикой Солнца. Исследование учёных показывает: наблюдая за космосом, мы одновременно учимся защищать свой дом.