Магнитные бури на малой высоте назвали неожиданной угрозой для геостационарных спутников ( 2 фото )

Данные зондов THEMIS позволили ученые сделать вывод, что крупные возмущения магнитосферы Земли (магнитные бури) могут возникать на высоте в 6,6–10 радиусов планеты, что значительно ниже, чем считалось ранее. В таком случае выделение энергии может происходить примерно на высотах работы геостационарных спутников (35786 километров от поверхности), что представляет для них угрозу, пишут авторы в журнале Nature Physics.

Земля обладает мощным магнитным полем, которое постоянно испытывает воздействие солнечного ветра. Их взаимодействие определяет космическую погоду, то есть совокупность процессов, происходящих в околоземном пространстве и верхних слоях атмосферы, которые могут влиять на условия как на высотах работы спутников, так и на поверхности планеты.

Ученые выделяют два основных феномена, управляющих космической погодой, — глобальные магнитосферные бури и локальные суббури. Их возникновение связано с непостоянством потока солнечного ветра. Крупные возмущения выражаются в усилении опоясывающих Землю электрических токов в магнитосфере, что приводит к появлению полярных сияний и расширению радиационных поясов.

Во время бури магнитная энергия солнечного ветра накапливается в магнитосфере Земли, а затем тратится на разогрев вещества или на ускорение заряженных частиц посредством магнитного пересоединения. Так как давление солнечного ветра приводит к появлению значительной асимметрии между дневной и ночной сторонами магнитного поля, то важным вопросом оказывается место протекания пересоединений. В случае суббурь ответ известен — ночная сторона на расстоянии в 20–30 радиусов Земли, однако из-за относительной редкости полноценных бурь и ограниченного покрытия спутниковых наблюдений для них этот вопрос оставался открытым.

Геофизики из США и Южной Кореи под руководством Василиса Ангелопулоса (Vassilis Angelopoulos) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовали данные трех спутников NASA THEMIS для выяснения места протекания пересоединений во время бури в декабре 2015 года. Оказалось, что пересоединения в данном случае происходили на ночной стороне, но на расстоянии от центра Земли всего в 6,6–10 радиусов, что считалось невозможным.

Нижняя граница определенной высоты пересоединений примерно совпадает с орбитами геостационарных и геосинхронных спутников. Это указывает на угрозу выхода из строя аппаратов с такими траекториями, о которой раньше не было известно. Этот вывод был подтвержден наблюдением потоков высокоэнергетических заряженных частиц метеорологическим спутником GOES G13 вскоре после фиксации выделения энергии.


«Только подобные прямые измерения магнитных пересоединений и соответствующих потоков энергии представляют убедительные доказательства о существовании такого неожиданного механизма подпитки бурь, — говорит Ангелопулос. — Регистрация этого редкого явления, возникшего ближе к Земле чем когда-либо, заставляет нас пересмотреть существовавшие представления о процессе пересоединения».

Авторы называют открытие неожиданным, потому что, с одной стороны, пересоединения на больших расстояниях в 20–30 радиусов во время бурь наблюдались и раньше, но энергия возникающих в них частиц слишком мала для объяснения всего явления, при этом с другой — пересоединения на более близких расстояниях считались невозможными из-за стабилизирующего влияния дипольного компонента магнитного поля Земли.

В прошлом году спокойное Солнце спровоцировало мощную магнитную бурю на Земле. Также недавно были рассекречены документы, согласно которым спровоцированная Солнцем мощная геомагнитная буря привела в 1972 году к детонации установленных во время Вьетнамской войны морских мин с магнитным срабатыванием. О возможности влияния подобных возмущений на состояние человека мы подробно писали в материале «Буря в голове».

Тимур Кешелава