Во время сильнейшей магнитной бури 2024 года Земля неожиданно усилила её сама

Во время супермощной магнитной бури 10–11 мая 2024 года, вызвавшей полярные сияния далеко за пределами обычных широт, учёные впервые напрямую измерили состав кольцевого тока Земли — пояса заряженных частиц, окружающего планету. Результаты оказались неожиданными: около 85% ионов, поддерживавших этот ток, были кислородными ионами земного происхождения, поступившими из ионосферы, а вклад солнечного ветра оказался минимальным. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Магнитная буря началась после серии мощных солнечных выбросов, вызванных активной группой солнечных пятен. Несколько облаков намагниченной плазмы объединились по пути к Земле и практически одновременно ударили по магнитосфере. Буря, также известная как «буря Гэннона» (Gannon storm), достигла минимального значения индекса SYM-H в −518 нанотесла — это второй по силе зарегистрированный показатель с 1981 года. Последнее сопоставимое событие произошло в ноябре 2004 года.

Кольцевой ток формируется на высоте в тысячи километров над экватором и состоит главным образом из ионов кислорода и водорода. Двигаясь вокруг Земли, эти заряженные частицы создают собственное магнитное поле, которое частично ослабляет магнитное поле планеты. Именно это приводит к возмущениям, фиксируемым наземными магнитометрами во время геомагнитных бурь. Уже несколько десятилетий учёные спорят, какая часть этих частиц приходит с солнечным ветром, а какая — из ионосферы, верхнего электрически заряженного слоя атмосферы Земли.

Ответ помог получить японский спутник Arase, запущенный Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) в 2016 году. Аппарат обращается именно в области формирования кольцевого тока и оснащён приборами, способными определять массу и энергию зарегистрированных ионов. Во время майского супершторма Arase дважды прошёл через область кольцевого тока — вскоре после начала бури и вблизи её максимальной интенсивности.

Измерения показали, что примерно 85% ионов составлял кислород земной ионосферы. Кроме того, на высоте около 16 тыс. км спутник зафиксировал снижение напряжённости магнитного поля примерно на 40%, причём эта область находилась значительно ближе к Земле, чем во время ранее наблюдавшихся сильных бурь. Одновременно резко уменьшилось количество высокоэнергетических электронов, обычно удерживаемых магнитным полем в этой зоне.

Учёные отмечают, что связь между деформацией магнитного поля и потерей электронов ещё предстоит изучить.

По словам руководителя работы Наритоси Китамуры (Naritoshi Kitamura) из Института исследований космической и земной среды Нагойского университета, результаты показывают, что состояние земной атмосферы может играть гораздо более важную роль в развитии экстремальных магнитных бурь, чем считалось ранее. Современные модели космической погоды в основном опираются на параметры солнечного ветра, однако новые данные указывают, что для точного прогноза необходимо учитывать и то, насколько активно ионы покидают ионосферу и попадают в магнитосферу.

Полученные результаты также стали аргументом в пользу миссии FACTORS, которую готовят к рассмотрению в JAXA. Проект предусматривает запуск двух спутников для изучения того, как ионы земной атмосферы попадают в магнитосферу и влияют на развитие геомагнитных бурь. Если миссия будет одобрена, то её данные помогут точнее прогнозировать силу будущих экстремальных событий космической погоды.