Сонячні викиди викликають потужні геомагнітні бурі: нове дослідження

Сонце періодично викидає величезні плазмові хмари з потужними магнітними полями, що відомі як корональні викиди маси (CME). Якщо кілька таких викидів зливаються, вони можуть створювати надзвичайно потужні геомагнітні бурі, які викликають полярні сяйва, але також загрожують роботі супутників, навігаційних систем і електромереж.

Один із найпотужніших проявів такого явища стався 10 травня 2024 року. Люди по всій Північній півкулі могли спостерігати наслідки масштабної сонячної активності у вигляді яскравого сяйва в нічному небі. Ця подія стала результатом зіткнення двох корональних викидів маси, що спричинило найбільшу геомагнітну бурю за останні 20 років.

Вчені з різних країн працюють над вивченням цього феномена, щоб покращити передбачення космічної погоди. Зокрема, команда дослідників, яка опублікувала своє дослідження у травні 2024 року, аналізувала взаємодію таких викидів, використовуючи спостереження зі спеціалізованих космічних місій і комп’ютерне моделювання.

Корональні викиди маси мають складну структуру, що нагадує довгі скручені канати. Їхня частота змінюється відповідно до 11-річного циклу сонячної активності. У періоди мінімальної активності Сонце випускає приблизно один такий викид на тиждень, а під час піку — до двох-трьох на день.

Коли два або більше CME стикаються, вони утворюють хмари заряджених частинок і сильних магнітних полів, які можуть стикатися, зливатися або перез'єднуватися. Такі взаємодії значно посилюють вплив на магнітосферу Землі, що інколи призводить до магнітних бур надзвичайної сили.

Згідно з дослідженням, приблизно третина всіх корональних викидів маси взаємодіє між собою або з сонячним вітром — потоком заряджених частинок, що постійно рухається від Сонця. Вчені встановили, що такі взаємодії вдвічі частіше призводять до геомагнітних бур у порівнянні з окремими CME. Це пояснюється тим, що під час зіткнення плазмових хмар утворюється посилене магнітне поле та підвищується тиск, що робить бурю інтенсивнішою.

Особливо небезпечними такі явища можуть стати під час сонячного максимуму, коли кількість CME може перевищувати десять на день. Дослідники ще не дійшли висновку, чи підвищує це ризик потужних геомагнітних бур, проте очевидно, що в такі періоди зростає кількість взаємодій між викидами, що посилює їхній вплив на Землю.

Для спостереження за цими явищами вчені використовують як наземні, так і космічні обсерваторії. Вони аналізують CME у польоті та оцінюють їхній внесок у формування магнітних бур. У нещодавньому дослідженні команда науковців застосовувала дані зі спостережень космічного апарата STEREO та підтвердила їх тривимірним комп’ютерним моделюванням.

Вивчення взаємодії CME дозволило вченим зафіксувати складні магнітні структури та плазмові шари, що утворюються під час таких зіткнень. Коли ця потужна структура досягла Землі, вона викликала значне стиснення магнітосфери та спричинила екстремальну геомагнітну бурю. Саме цей механізм пояснює потужні полярні сяйва, які були помітні навіть у південних регіонах США.

У майбутньому такі дослідження стануть ще важливішими, оскільки людство дедалі більше покладається на супутникові технології та космічні комунікації. Вчені вже мають у своєму розпорядженні розгалужену мережу спостережних місій, таких як Parker Solar Probe, Solar Orbiter та Solar Dynamics Observatory, які дозволяють досліджувати сонячну активність з різних точок у космосі.

Ці місії, у поєднанні з удосконаленими комп’ютерними моделями, допомагають оперативно аналізувати активність Сонця та передбачати можливі наслідки для Землі. Наприклад, інтеграція даних з космічних апаратів Wind і ACE разом з інформацією з наземних обсерваторій дозволяє моделювати CME в реальному часі та оцінювати ризики магнітних бур.

Оскільки Сонце наближається до піка своєї активності у 2024–2025 роках, моніторинг таких явищ стає ще важливішим. Надійне прогнозування та аналіз космічної погоди дозволять вчасно реагувати на можливі загрози для супутникових систем, навігаційних мереж та енергетичної інфраструктури. Своєчасне виявлення небезпечних CME допоможе запобігти можливим збоям та забезпечити стійкість критично важливих технологій перед майбутніми сонячними бурями.