Во время супермощной магнитной бури 10–11 мая 2024 года, которая вызвала полярные сияния далеко за пределами привычных широт, ученые впервые смогли напрямую измерить состав кольцевого тока Земли. Это пояс из заряженных частиц, окружающий нашу планету. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, оказались неожиданными: вклад солнечного ветра оказался минимальным, тогда как около 85% ионов, поддерживавших ток, имели земное происхождение и поступили из ионосферы.
Природа «бури Гэннона»
Геомагнитная активность была спровоцирована серией мощных выбросов солнечной плазмы, вызванных группой активных солнечных пятен. Несколько облаков плазмы объединились во время движения к Земле и практически одновременно обрушились на магнитосферу. Это событие, получившее название «буря Гэннона», достигло минимального значения индекса SYM-H на отметке −518 нТл. Это второй по силе зарегистрированный показатель с 1981 года, сопоставимый лишь с событием ноября 2004 года.
Кольцевой ток образуется на высоте в тысячи километров над экватором и состоит преимущественно из ионов водорода и кислорода. Движение этих заряженных частиц создает собственное магнитное поле, которое частично гасит магнитное поле Земли, вызывая возмущения, фиксируемые приборами во время бурь. Десятилетиями в научном сообществе велись споры о том, какая часть частиц является приходящей из солнечного ветра, а какая — выброшенной из ионосферы.
Свидетельства спутника Arase
Ключевую роль в получении ответов сыграл японский спутник Arase, запущенный JAXA в 2016 году. Аппарат, оснащенный приборами для определения массы и энергии ионов, совершает полет как раз в области формирования кольцевого тока. Во время майского шторма он дважды прошел сквозь эту область: на начальной стадии и в момент пиковой интенсивности бури.
Замеры подтвердили, что около 85% ионов составлял кислород из ионосферы Земли. Кроме того, на высоте около 16 000 км аппарат зафиксировал снижение напряженности магнитного поля примерно на 40%. Эта аномальная зона располагалась ближе к поверхности планеты, чем при предыдущих сильных штормах, и сопровождалась резким снижением концентрации высокоэнергетических электронов, которые обычно удерживаются магнитным полем в этой области.
Значение для прогнозирования
Наритоси Китамура из Нагойского университета, возглавлявший исследование, подчеркнул: результаты указывают на то, что состояние земной атмосферы играет в развитии экстремальных магнитных бурь значительно более важную роль, чем предполагалось ранее. Традиционные модели космической погоды ориентируются преимущественно на параметры солнечного ветра. Однако новые данные доказывают, что для повышения точности прогнозов необходимо учитывать динамику выброса ионов из ионосферы в магнитосферу.
Полученные выводы усиливают значимость проекта FACTORS — новой миссии, которую JAXA готовит к рассмотрению. Она предполагает запуск пары спутников для изучения механизмов миграции земных ионов в магнитосферу. Одобрение этой миссии станет важным шагом к более эффективному прогнозированию экстремальных событий космической погоды.
