Магнитные бури на малой высоте назвали неожиданной угрозой для геостационарных спутников
Данные зондов THEMIS позволили ученым 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
Это заметил телескоп VLT
Астрономы при помощи телескопа VLT определили, что за отражательные свойства наблюдавшегося в 2018 году на Нептуне нового темного вихря и сопутствовавшего ему яркого пятна отвечали частицы дымки из одного и того же слоя аэрозолей. Это означает, что свойства антициклонов на планетах-гигантах сильно зависят от положения средней плоскости вихря в атмосфере планеты. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy. Вихри планетарного масштаба представляют собой обычное явление в атмосферах планет-гигантов Солнечной системы. Самый известный пример — гигантский антициклон Большое Красное Пятно на Юпитере, которое наблюдается более трехсот лет. В 1989 году зонд «Вояджер-2» обнаружил на Нептуне еще один крупный ураган, которым стал антициклон Большое Темное Пятно, его размер около десяти тысяч километров. Однако этот вихрь наблюдался всего лишь около семи месяцев, в дальнейшем в атмосфере ледяного гиганта обнаруживались и другие недолговечные темные вихри, как в его северном, так и в южном полушарии. Группа астрономов во главе с Патриком Ирвином (Patrick Irwin) из Оксфордского университета опубликовала результаты анализа данных наблюдений в октябре-ноябре 2019 года, проведенных при помощи спектрографа MUSE, установленного на наземном комплексе телескопов VLT. Наблюдения за атмосферой Нептуна велись в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Их целью был обнаруженный в 2018 году темный вихрь NDS-2018 в северном полушарии планеты. Пятно имело такой же размер, как и Большое Темное Пятно, и постепенно сместилось к экватору Нептуна, прежде чем, по-видимому, исчезло в конце 2022 года. Ученые определили, что темная окраска вихря вызвана хромофором, находящимся в слое аэрозолей при давлении более 5–7 бар, содержащим сероводород (H2S). Он, в свою очередь, может подвергаться фотолизу ультрафиолетовым излучением Солнца, поднимаясь, или же фотолиз сероводорода идет в ледяных оболочках частиц дымки, переносимых вниз из стратосферы. В результате частицы в слое становятся менее отражающими излучение с длинами волн короче 700 нанометров. Кроме того, исследователи обнаружили, недолговечное яркое пятно DBS-2019, располагавшееся на юго-западном краю вихря NDS-2018, которое связывается с тем же слоем аэрозолей при давлении в 5 бар. По мнению ученых, эта структура принципиально отличается от ранее наблюдавшихся ярких метановых облаков-спутников Большого Темного Пятна, которые располагались значительно выше в атмосфере Нептуна, при давлении 0,6–0,2 бар. Ранее мы рассказывали о том, как трехслойная модель дымки объяснила разницу в цвете Урана и Нептуна.