Сейсмографы почувствовали полярное сияние

Ученые обнаружили связь между показаниями сейсмографов и интенсивностью полярного сияния на территории Аляски. Во время полярных сияний в 2019 году, за которыми наблюдали с помощью магнитометров и камер всего неба, сейсмографы одновременно зарегистрировали продолжительные сейсмические волны. Выявленная закономерность может позволить в разы расширить систему исследования полярного сияния и динамики магнитного поля Земли. Статья опубликована в журнале Seismological Research Letters.

Полярное сияние — эффект красочного свечения верхних слоев атмосферы, возникающий при столкновении солнечного ветра с магнитосферой. Заряженные частицы в солнечном ветре перенаправляются и ускоряются в магнитном поле Земли, достигая плотных слоев атмосферы в близких к магнитным полюсам областях. Там они сталкиваются с атомами и молекулами в составе атмосферы и переводят их в возбужденное состояние, а в процессе релаксации и рождается свет полярного сияния.

Часто вместо того чтобы возбудить атомы или молекулы солнечные лучи ионизируют их, что меняет плотность заряженных частиц в атмосфере и проводит к изменению ее удельной электропроводности. В сочетании с электрическими полями, которые часто возникают в магнитосфере во время полярного сияния, это приводит к появлению существенных токов в ионосфере. Они, в свою очередь, порождают магнитные поля, которые и детектируют исследователи полярного сияния как возмущения условно стабильного магнитного поля Земли с помощью магнитометров.

Именно к этим колебаниям магнитного поля и оказались чувствительны мобильные сейсмографы, которые установили на всей территории Аляски в 2017 году. У мобильных сейсмографов, в отличие от стационарных, нет магнитной защиты. Без нее ферромагнитные составляющие сейсмографов оказываются чересчур восприимчивы к магнитным штормам, провоцируя тем самым регистрацию волн, которые на самом деле никак не связаны с сейсмической активностью.

Но недочет в проектировании сейсмографов оказался на руку ученым, которые изучают полярное сияние. Их интересуют как раз магнитные поля, однако для таких исследований на территории Аляски установлено всего 13 магнитометров против более чем 200 сейсмографов, чувствительным к колебаниям магнитосферы Земли. Помимо этого для наблюдения за ночным небом ученые используют камеры всего неба, но и их в Аляске установлено всего 6.

Карл Тэйп (Carl Tape) из Аляскинского университета в Фэрбенксе продемонстрировал, что чувствительные к магнитному полю сейсмографы могут служить инструментом для наблюдения за полярным сиянием. Оказалось, что с момента установки новых сейсмографов многие сильные полярные сияния видны в сейсмических данных как слабое вертикальное колебание с большим периодом в 40–800 секунд. Таким образом, о произошедшем полярном сиянии можно судить по данным не только магнитометров и камер всего неба, но и по показателям сейсмографов, однако точную зависимость данных этих приборов авторам еще предстоит получить.

Корреляция между красной, зеленой и синей составляющими оптических наблюдений полярного сияния и регистрацией сейсмических возмущений.

Ученые утверждают, что обнаруженная закономерность может помочь существенно улучшить пространственное разрешение наблюдений за магнитосферой на территории Аляски. Тем не менее, авторы указывают на качественный подход своего исследования обнаруженной корреляции и считают, что о применении такой методики в реальных наблюдениях говорить еще рано.

В работе также отмечается низкая точность такого подхода в сравнении с уже используемым оборудованием, поэтому ученые надеются на расширение сети магнитометров. Это позволит не только улучшить условия для изучения магнитосферы, но и справиться с чувствительностью сейсмографов к колебаниям магнитного поля: если магнитометр установлен достаточно близко к сейсмографу, то по его данным можно понять, какая зарегистрированная сейсмическая активность является лишь следствием магнитного воздействия.