Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, указывает на то, что самые мощные солнечные бури могут привести к гораздо более значительным последствиям для Земли, чем предполагают текущие прогнозы. Исследование предупреждает о потенциальном ущербе системам связи, электросетям и спутникам.
Годами научное сообщество считало, что существует установленный предел реакции Земли на интенсивные солнечные события. Однако это убеждение ставится под сомнение новой работой. Авторы предполагают, что этот предполагаемый «потолок» может быть артефактом, возникшим в результате методологии, используемой для измерения солнечного ветра. Если эта гипотеза верна, самые экстремальные события могут быть значительно более суровыми, чем считалось.
Солнечные бури происходят, когда выбросы корональной массы и солнечные вспышки высвобождают заряженные частицы в направлении планеты. В нормальных условиях они вызывают полярные сияния. Однако в сценариях максимальной интенсивности они способны повлиять на жизненно важные технологии.
Хотя магнитное поле Земли обеспечивает эффективную защиту от большей части эффектов космической погоды, обычно проявляющихся как небольшие аномалии или красивые полярные сияния, существуют и экстремальные исключения. Мария Валах, исследовательница из Университета Ланкашира и соавтор исследования, прокомментировала эту тему.
Чтобы проверить эту возможность, команда проанализировала более миллиона записей, собранных космическими аппаратами НАСА, находившимися в непосредственной близости от Земли. Результаты показали, что электрические токи в верхних слоях атмосферы продолжают расти по мере усиления солнечного ветра. Это означает, что ранее упомянутый в прошлых исследованиях предел может не существовать.
Среди основных выводов выделяются: анализ более миллиона измерений; возможность того, что экстремальные солнечные бури могут быть интенсивнее, чем предполагалось; уязвимость таких систем, как GPS, радио, спутники и электросети; и риск того, что крайне редкие события могут нанести больший ущерб, чем предполагается в настоящее время.
По словам Валах, хотя эти экстремальные случаи и редки, ограниченность доступных данных является ограничивающим фактором. Она подчеркнула, что только время покажет, что произойдет при экстремальном событии, которое происходит, например, раз в тысячу лет.
Исследование не предсказывает неминуемого наступления суперсолнечной бури, но подчеркивает необходимость пересмотра используемых моделей. Исторические примеры иллюстрируют этот риск: Событие Кэррингтона в 1859 году парализовало телеграфные системы по всему миру. В 1989 году буря вызвала отключение электроэнергии в Квебеке, Канада. Кроме того, «Хэллоуинские бури» 2003 года повлияли на радиосвязь, GPS и спутники.
В настоящее время Солнце находится в пике активности, периоде в рамках своего примерно 11-летнего цикла, характеризующемся увеличением частоты выбросов корональной массы и солнечных вспышек. В мае 2024 года самая сильная геомагнитная буря за более чем два десятилетия сместила полярные сияния в необычные районы США и Европы, вызвав временные перебои в радиосвязи, работе оборудования GPS и некоторых спутниковых операций.
Несмотря на этот недавний инцидент, он остался значительно ниже по масштабу События Кэррингтона и экстремальных бурь, постулированных новым исследованием. Если новые оценки подтвердятся, понимание поведения космической погоды станет решающим для защиты инфраструктуры, которая становится все более зависимой от электросетей и спутников.
Исследователи из НАСА и Университета Ланкашира обнаружили доказательства, указывающие на то, что воздействие самых сильных солнечных бурь было недооценено. Исследование, опубликованное в журнале Nature в среду (15-го числа), ставит под сомнение существование максимального предела реакции магнитного поля Земли.
Исследование было сосредоточено на анализе данных об электрических токах в верхних слоях атмосферы и солнечных ветрах для определения того, как планета реагирует на крупные космические явления. Ученые пришли к выводу, что любое наблюдаемое стабилизирование эффектов может быть статистическим артефактом измерений, а не признаком естественной защиты от экстремальных явлений.
Работа была проведена Нитином Сивадасом, исследователем из Центра космических полетов Годдарта НАСА, в сотрудничестве с Марией Валах из Университета Ланкашира. Анализ показывает, что необычные солнечные бури потенциально могут вызвать более интенсивные последствия для систем навигации, спутников и связи.
На протяжении многих лет научное сообщество считало, что влияние солнечных бурь имеет точку насыщения. Эта вера основывалась на наблюдении того, что некоторые атмосферные электрические токи, казалось, прекращали расти, даже когда солнечный ветер становился сильнее. Новое исследование предполагает, что это кажущееся насыщение может быть результатом методологии сбора данных.
Большая часть измерений экстремальных явлений поступает от зондов, расположенных в точке Лагранжа 1 — области, находящейся примерно в 1,6 миллионах километров от Земли в сторону Солнца. Исследователи утверждают, что расхождение между силой солнечного ветра, измеренной в этой точке, и той, которая фактически достигает планеты, может искажать данные. При агрегировании этих данных в больших объемах более экстремальные значения в итоге кажутся менее интенсивными, создавая иллюзию предела для земной реакции.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда изучила более миллиона записей о солнечном ветре, собранных космическими аппаратами НАСА на орбите близко к Земле. Результаты продемонстрировали прямую корреляцию между интенсивностью солнечного ветра и увеличением электрических токов в верхнем слое атмосферы. По словам авторов, этот вывод коренным образом меняет подход к оценке сценариев риска экстремальных космических явлений.
Если нет максимального предела для планетарного отклика, очень мощные солнечные бури могут нанести технологический ущерб, превышающий текущие прогнозы. Геомагнитные бури — это временные изменения в магнитном поле и плазме вокруг Земли. В серьезных случаях они могут влиять на спутники, нарушать сигналы GPS и связи, вызывать сбои в электросетях и повышать радиационное воздействие на пилотов и астронавтов.
Несмотря на то, что это редкие события, исследователи подчеркивают, что низкая частота таких явлений затрудняет точное крупномасштабное прогнозирование. Команда заключает, что только новые записи позволят получить более четкое представление о поведении Земли перед лицом исключительной солнечной бури.
