Найпотужніша за 20 років магнітна буря вразила Землю: наслідки та відкриття

Рік тому представники НАСА та близько 30 інших урядових установ США зібралися на особливу нараду для моделювання та розв'язання загрози, що насувалася з космосу. Загрозою було не астероїд чи прибульці, а наше життєдайне Сонце.

Перші навчання з космічної погоди мали стати тренувальним заходом, де фахівці могли відпрацювати реагування на геомагнітну бурю в реальному часі. Такі бурі, спричинені сонячними викидами, здатні виводити з ладу супутники, перевантажувати електромережі та наражати космонавтів на небезпечну радіацію. Мінімізація наслідків таких явищ потребує злагодженої координації, і ця зустріч мала стати нагодою попрактикуватися.

Проте їхнє моделювання перетворилося на реальність. «Ми планували відпрацювати гіпотетичний сценарій, виявляючи, де наші наявні процедури працюють, а де потребують удосконалення», — розповів Джеймі Фейворс, керівник програми космічної погоди НАСА у штаб-квартирі у Вашингтоні. «Але наш гіпотетичний сценарій перервав цілком реальний».

10 травня 2024 року Землю вразила перша за понад два десятиліття геомагнітна буря класу G5 або «сувора». Подію назвали бурею Ґеннон на честь провідної фізикині космічної погоди Дженніфер Ґеннон. Хоча буря не спричинила катастрофічних руйнувань, через рік ключові висновки з її вивчення допомагають краще розуміти та готуватися до майбутніх геомагнітних бур.

На Землі деякі високовольтні лінії вимкнулися, трансформатори перегрілися, а трактори з GPS-навігацією збилися з курсу на Середньому Заході США, що додатково порушило посівну, яка вже відставала через сильні весняні дощі. «Постраждали не всі ферми, але ті, що зазнали впливу, втратили в середньому близько 17 000 доларів на господарство», — зазначив Террі Гріффін, професор сільськогосподарської економіки Канзаського державного університету.

У повітрі загроза підвищеного радіаційного опромінення, а також втрати зв'язку та навігації змусили трансатлантичні рейси змінити курс. Під час бурі верхній шар атмосфери Землі — термосфера — нагрівся до незвично високих температур. На висоті 160 кілометрів температура зазвичай сягає 650 градусів Цельсія, але під час бурі перевищила 1150 градусів. Місія НАСА GOLD спостерігала, як атмосфера розширилася від нагрівання, створюючи потужний вітер, що підняв важкі частинки азоту вище.

На орбіті розширена атмосфера посилила гальмування тисяч супутників. Супутник НАСА ICESat-2 втратив висоту і перейшов у безпечний режим, тоді як кубсат CIRBE передчасно зійшов з орбіти через п'ять місяців після бурі. Іншим, як-от місії Sentinel Європейського космічного агентства, знадобилося більше енергії для підтримання орбіти та маневрування задля уникнення зіткнень з космічним сміттям.

Буря також різко змінила структуру іоносфери. Щільна зона іоносфери, яка зазвичай вночі покриває екватор, змістилася до Південного полюса у формі галочки, спричинивши тимчасовий розрив біля екватора.

Буря Ґеннон сколихнула магнітосферу Землі — магнітну оболонку, що оточує планету. Дані з місій НАСА MMS та THEMIS-ARTEMIS зафіксували гігантські хвилі частинок, що закручувалися, та згорнуті магнітні поля на краю корональних викидів маси. Ці хвилі мали ідеальний розмір для періодичного скидання додаткової магнітної енергії та маси в магнітосферу під час зіткнення, створюючи найпотужніший електричний струм у магнітосфері за 20 років.

Енергія та частинки, що надходили від Сонця, також створили два нові тимчасові пояси енергійних частинок у магнітосфері. Виявлені CIRBE, ці пояси утворилися між радіаційними поясами Ван Аллена, які постійно оточують Землю. Відкриття поясів важливе для космічних апаратів та астронавтів, яким можуть загрожувати високоенергетичні електрони та протони в поясах.

Буря також викликала полярне сяйво по всьому світу, зокрема в місцях, де це рідкісне явище. Проєкт НАСА Aurorasaurus отримав понад 6000 повідомлень від спостерігачів з більш ніж 55 країн та всіх семи континентів.

Фотографи допомогли науковцям зрозуміти, чому полярне сяйво, яке спостерігалося в Японії, було пурпуровим, а не типово червоним. Дослідники вивчили сотні фотографій і виявили, що сяйво було напрочуд високим — близько 1000 кілометрів над землею (на 320 кілометрів вище, ніж зазвичай з'являється червоне сяйво).

Вплив посиленої сонячної активності не обмежився Землею. Активна область Сонця, що спричинила бурю Ґеннон, зрештою відвернулася від нашої планети та спрямувала свої викиди до Марса. Коли енергійні частинки від Сонця вразили марсіанську атмосферу, орбітальний апарат НАСА MAVEN спостерігав, як полярне сяйво охопило Червону планету з 14 по 20 травня.

Сонячні частинки перевантажили зоряну камеру на орбітальному апараті НАСА Mars Odyssey 2001 (який використовує зорі для орієнтації космічного корабля), спричинивши її відключення майже на годину. На поверхні Марса зображення з навігаційних камер марсохода Curiosity були вкриті «снігом» — смугами та плямами, спричиненими зарядженими частинками. Тим часом детектор радіації Curiosity зафіксував найбільший сплеск радіації з моменту посадки марсохода у 2012 році. Якби там були астронавти, вони б отримали дозу радіації 8100 мікрогреїв — що еквівалентно 30 рентгенівським знімкам грудної клітки.

Буря Ґеннон, яка поширила полярне сяйво до незвично низьких широт, вважається найкраще задокументованою геомагнітною бурею в історії. Через рік ми лише почали розгадувати її історію. Дані, зібрані під час цієї історичної події, аналізуватимуться роками, розкриваючи нові уроки про природу геомагнітних бур та найкращі способи протистояти їм.