Зафиксировано рекордное сжатие защитного плазменного слоя Земли

Геомагнитные суперштормы — редкие, но крайне мощные атаки солнечной энергии на Землю, происходящие примерно раз в 20–25 лет. Самый сильный за последние два десятилетия — майский шторм 2024 года, получивший название «шторм Гэннона» или «шторм ко Дню матери», — стал уникальным случаем для науки. Ученые под руководством Ацуки Синбори из Института исследований системы «Солнце–Земля» университета Нагои смогли напрямую наблюдать, как подобное событие радикально сжимает плазмосферу Земли — защитный слой заряженных частиц, окружающий планету. Работа опубликована в журнале Earth Planets and Space (EPS).

Запущенный JAXA в 2016 году спутник Arase исследует волны плазмы и магнитные поля, двигаясь по орбите внутри плазмосферы. Во время супершторма он оказался идеально расположен, чтобы наблюдать процесс сжатия. Граница плазмосферы, обычно находящаяся на высоте около 44 тыс. км, внезапно опустилась до 9,6 тыс. км — минимальной величины, когда-либо зафиксированной напрямую.

Шторм был вызван серией массивных выбросов солнечного вещества. За девять часов плазмосфера уменьшилась до одной пятой своего нормального размера. Восстановление оказалось крайне медленным — более четырех дней, что стало самым длительным периодом восстановления с момента начала работы Arase в 2017 году.

По словам Синбори, сначала шторм вызвал сильный нагрев атмосферы вблизи полюсов, а затем — резкое обеднение заряженных частиц в ионосфере, которая поставляет материал для пополнения плазмосферы. Это и стало причиной задержки восстановления.

На пике супершторма магнитное поле Земли было настолько сжато, что заряженные частицы смогли проникнуть гораздо южнее обычного. Это привело к появлению ярких сияний в регионах, где полярные огни практически не встречаются, — Японии, Мексике и южной Европе. Линии магнитного поля направили потоки частиц вниз к атмосфере на широтах, где сияния обычно невозможны.

Более чем через час после удара шторма набор заряженных частиц резко вырос в высоких широтах, но затем их уровень неожиданно упал. Это связано с явлением, которое называют «негативным штормом»: из-за интенсивного нагрева меняется химия верхней атмосферы, падает количество кислородных ионов, которые участвуют в формировании водородных частиц — ключевых для восстановления плазмосферы.

Новое исследование впервые четко показало связь между негативными штормами и задержками в восстановлении плазмосферы.