Спутники THEMIS открывают новые процессы, защищающие Землю от влияния космической погоды

Учёные с помощью спутников проекта THEMIS и наблюдений за GPS-сигналами обнаружили, что во время продолжительных солнечных бурь, когда земная магнитосфера не в состоянии сдержать весь поток солнечного вещества, из плазмосферы в пространство вытягивается шлейф, образуя дополнительную защиту от проникновения солнечного вещества сквозь магнитосферу Земли.

В гигантской системе, связывающей Землю с Солнцем, одно из ключевых событий происходит снова и снова: потоки солнечного вещества, идущие к Земле и гигантскому магнитному пузырю вокруг Земли, при этом земная магнитосфера защищает нашу планету от этих потоков. Однако параметры потоков различаются: источником их частиц может быть постоянный солнечный ветер или, возможно, гигантские облака от солнечных извержений, называемых выбросами корональной массы. Иногда конфигурация потоков такова, что наша магнитосфера блокирует почти всё солнечное вещество, но временами воздействие бывает продолжительным и мощным, что позволяет проникнуть сквозь магнитосферу большому количеству вещества. Понимание того, какие обстоятельства приводят к подобным результатам, играет ключевую роль в защите наших орбитальных аппаратов от негативных воздействий космической погоды.

Последние исследования показали, что при определенных обстоятельствах слой плотных частиц, обычно окружающий Землю глубоко внутри магнитосферы, может расшириться и вытянуть навстречу потоку длинный рукав, чтобы помочь в защите от проникновения солнечного вещества.

"Это похоже на ваши действия, если бы в дом попытался ворваться монстр. Вы бы загородили входную дверь мебелью, и это близко к тому, как поступает Земля, - сказал Брайан Уолш, специалист в области космических исследований из Центра космических полётов им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. - Вещество, которое находится гораздо ближе к Земле, накладывается на внешнюю границу магнитосферы, уменьшая взаимодействие и препятствуя проникновению солнечного вещества".

В статье Уолша и его коллег из журнала Science Express от 6 марта 2014 года сравнивались наблюдения во время солнечной бури 17 января 2013 года с Земли и из космоса. Это была довольно умеренная солнечная буря, вызванная корональным выбросом, оказывавшим влияние на магнитосферу Земли в течение нескольких часов. Как только корональный выброс столкнулся с границей магнитосферы, её магнитные поля и те, которые окружают Землю, перестроились в результате процесса, называемого магнитным пересоединением, что позволило энергии и солнечному веществу проникнуть внутрь магнитосферы. Три космических аппарата проекта THEMIS (Фемида) НАСА - для истории времени событий и крупномасштабных взаимодействий во время суббурь - оказались в нужном месте и в нужное время, пролетев через границы магнитосферы друг за другом с интервалом примерно 45 минут и зафиксировав это взаимодействие.

Учёные также исследовали более близкую к Земле оболочку из холодного плотного газа в самых верхних слоях нашей атмосферы. Эта область называется плазмосферой и состоит из ионизированного газа или плазмы. GPS-сигналы проходят через плазмосферу с разной скоростью в зависимости от толщины плазмы на их пути. Таким образом, отслеживание радиосигналов GPS помогает исследователям определить свойства плазмосферы.

В то время, когда спутники THEMIS находились в правильном для наблюдений положении, с Земли с помощью GPS был зафиксирован вытянутый в пространство шлейф плазмы. Тогда впервые сравнили наблюдения с Земли и из космоса.

Спутники THEMIS зафиксировали, что язык холодного плотного вещества из плазмосферы вытянулся до точки магнитного пересоединения, где выброс корональной массы вступил во взаимодействие с магнитопаузой. Три набора наблюдений THEMIS показали, что этот шлейф имел огромное влияние на характеристики области перезамыкания магнитных линий.

"Это не будет работать, если магнитное пересоединение длится лишь несколько минут, - объяснил Дэвид Сибек, учёный из проекта НАСА Фемида (THEMIS). - Но если оно продолжается достаточно долго, то в этот процесс включается вся магнитосфера. В таком случае из плазмосферы вытягивается язык, образуя другой защитный слой, сдерживающий магнитное пересоединение".

Пытаясь лучше понять систему космической погоды вокруг Земли, учёные полагаются на многоточечные наблюдения, подобные этим, чтобы совместить данные, полученные и с Земли, и из космоса. В этом случае данные от THEMIS сравнивались с данными GPS, и такие комбинации всё чаще используются при анализе влияния на Землю её ближайшей звезды. В итоге такие наблюдения могут привести к более точным предсказаниям космической погоды, что было бы весьма полезным для операторов космических аппаратов, подобно прогнозам погоды для нас на Земле.
 
1. Спутники THEMIS наблюдали, как из частиц верхнего слоя атмосферы, называемого плазмосферой, может образовываться шлейф в пространстве для защиты от поступающих солнечных частиц во время определённых событий космической погоды.
 
2. Землю окружает плазмосфера - тонкий слой холодного плотного вещества. Исследователи обнаружили, что вещество плазмосферы, вытянувшись в околоземное пространство, помогает предотвратить попадание в атмосферу солнечных частиц.
 
3. Художественное изображение космического аппарата THEMIS (Фемида) на орбите в магнитосфере Земли.