Группа исследователей из NASA и Ланкастерского университета обнаружила, что существующие модели космической погоды систематически недооценивают последствия самых мощных солнечных бурь для Земли.
Работа, опубликованная в журнале Nature, ставит под сомнение устоявшееся представление о существовании «предела» воздействия на магнитосферу.
В течение десятилетий специалисты полагали, что реакция магнитного поля Земли на усиление солнечного ветра имеет верхнюю границу. Новый анализ ста миллионов измерений указывает на то, что этот предел может быть иллюзией, вызванной ошибками в методах сбора данных.
Главные мысли за 1 минуту
- Авторы исследования отвергают существование естественного предела роста электрических токов в верхней атмосфере при усилении солнечного ветра.
- Причиной заблуждения могла стать методика измерений: аппараты в точке Лагранжа L1 фиксируют параметры ветра, которые меняются за 1,6 миллиона километров пути до Земли.
- Анализ более одного миллиона измерений, выполненных непосредственно на околоземной орбите, показал прямую зависимость силы ветра и тока без признаков насыщения.
- Если предела действительно нет, то экстремальные бури, случающиеся раз в тысячу лет, способны нанести значительно больший ущерб спутникам, связи и электросетям.
- Работа не говорит о неизбежности катастрофы, но требует пересмотра моделей оценки рисков для современной технологической инфраструктуры.
Старая модель дала трещину: почему учёные усомнились в «пределе»
Космическая погода формируется потоками заряженных частиц от Солнца. В периоды вспышек и корональных выбросов массы интенсивность этих потоков резко возрастает, вызывая геомагнитные бури. Такие события способны нарушать спутниковую связь, работу систем GPS, провоцировать сбои в энергосистемах и усиливать радиационный фон для экипажей самолётов на высоких широтах.
Долгое время считалось, что электрические токи в верхней атмосфере Земли могут расти только до определённого порога. Предполагалось, что после его достижения усиление солнечного ветра перестаёт вызывать пропорциональный отклик магнитосферы. Этот постулат лёг в основу многих прогностических моделей.
Авторы новой работы, которую возглавил доктор Нитин Сивадас из Центра космических полётов имени Годдарда, полагают, что такое представление ошибочно. По их мнению, наблюдаемый «предел» — это статистический артефакт, возникающий из-за неопределённости измерений и эффекта «регрессии к среднему».
В чём проблема: солнечный ветер «путает» аппараты NASA
Ключевой источник погрешности кроется в расположении измерительных приборов. Большинство спутников, отслеживающих параметры солнечного ветра, находятся в точке Лагранжа L1. Этот район расположен примерно в полутора миллионах километров от Земли в направлении Солнца. За время, пока поток плазмы преодолевает это расстояние, его характеристики могут существенно измениться.
В результате приборы регистрируют один уровень интенсивности, а до магнитосферы Земли доходит уже другой — как правило, более слабый. При усреднении тысяч таких замеров создаётся ложная картина: самые мощные ветры якобы не вызывают адекватного усиления токов в ионосфере. Складывается впечатление, что планета «включает» защитный механизм, который на деле является лишь математическим призраком.
Новый анализ данных — новые риски: что показал миллион измерений
Чтобы проверить гипотезу, учёные обратились к данным аппаратов NASA, находящихся непосредственно на орбите Земли. Они проанализировали более миллиона замеров солнечного ветра — тех, что были сделаны уже в момент прямого контакта с магнитосферой. Результат оказался прямолинейным: зависимости, указывающей на «насыщение», не обнаружено. Сила ветра и интенсивность электрических токов оказались связаны практически прямой пропорцией.
«Магнитное поле нашей планеты очень эффективно защищает нас от многих проявлений космической погоды, поэтому обычно мы замечаем лишь небольшие сбои в работе техники или любуемся красивыми полярными сияниями, — отметила соавтор исследования доктор Мария Уолах из Ланкастерского университета. — Но в экстремальных случаях спутники могут неожиданно снижать орбиту, а связь и сигналы GPS — исчезать».
Особую озабоченность вызывает то, как это открытие меняет оценку рисков для редких, но катастрофических событий. Если верхнего предела воздействия не существует, то буря, происходящая раз в столетие или тысячелетие, способна нанести удар по инфраструктуре, значительно превосходящий текущие прогнозы. Речь идёт о потенциальных отказах спутниковых группировок, масштабных отключениях электричества и нарушении работы глобальных навигационных систем.
При этом сами авторы подчёркивают: исследование не предрекает скорую катастрофу. Оно лишь указывает на необходимость пересмотра моделей, по которым оценивается угроза. «Если верхнего предела реакции нашей планеты действительно нет, модели экстремальных событий необходимо пересматривать. К счастью, столь мощные явления происходят очень редко, но именно поэтому у нас пока недостаточно данных. Лишь время покажет, какими будут последствия солнечной бури, которая случается примерно раз в тысячу лет», — резюмировала доктор Уолах.
