Влияние солнечных вспышек на магнитосферу Земли

Земля окружена системой магнитных полей - магнитосферой. Эта огромная система в форме кометы отклоняет заряженные частицы Солнца, защищая нашу планету от вредного излучения частиц и не позволяя солнечному ветру разрушать атмосферу.

Прошлые исследования собрали существенные доказательства воздействия солнечного ветра на магнитосферу Земли, но влияние солнечных вспышек (внезапных выбросов электромагнитного излучения на Солнце) изучено плохо. Солнечные вспышки - это явления, которые могут длиться от нескольких минут до часов и могут быть обнаружены с помощью рентгеновских лучей или оптических устройств.

Исследователи из Шаньдунского университета в Китае и Национального центра атмосферных исследований в США недавно провели исследование, посвященное влиянию солнечных вспышек на магнитосферу Земли. Их статья, опубликованная в Nature Physics, предлагает новую ценную информацию, которая может проложить путь к лучшему пониманию геокосмической динамики. Геокосмическое пространство, часть космического пространства, наиболее близкого к Земле, включает верхнюю атмосферу, ионосферу (ионизированную часть атмосферы) и магнитосферу.

«Магнитосфера расположена в области над ионосферой и представляет собой полностью ионизированную область космоса на высоте более 1000 км от земли», - сказал профессор Цзин Лю, один из исследователей. «Регион окружен солнечным ветром, на него влияет и магнитное поле Земли, и магнитное поле солнечного ветра».

Магнитосфера обычно описывается как защитный барьер Земли от солнечного ветра и других солнечных частиц, поскольку он предотвращает проникновение этих частиц в другие защитные слои планеты. Прошлые исследования показали, что когда направление солнечного ветра противоположно магнитному полю магнитосферы, магнитные линии двух регионов могут «соединяться». Это означает, что некоторые частицы солнечного ветра могут напрямую передаваться в пространство, окружающее Землю.

«Может ли процесс вспышки, который характеризуется усиленным излучением, не только напрямую влиять на ионосферу Земли, но также вызывать возмущения в магнитосфере, такие как солнечный ветер? Чтобы ответить на этот вопрос, мы приняли серию наборов данных наблюдений, собранных глобальными системами спутниковой навигации, европейской сетью радаров некогерентного рассеяния, ионосферными спутниками, спутниками на орбите Луны и многим другим», рассказал Лю.

Лю и его коллеги проанализировали данные, собранные различными устройствами и спутниками во время солнечной вспышки, которая произошла 6 сентября 2017 года. Для этого они использовали недавно разработанную численную геокосмическую модель, разработанную в Национальном центре атмосферных исследований. Эта модель, получившая название модели магнитосферы-ионосферы-термосферы с высоким пространственно-временным разрешением (LTR), воспроизводит изменения, вызванные солнечными вспышками, в системе связи магнитосфера-ионосфера.

Используя модель LTR и ранее собранные данные, исследователи смогли выявить влияние солнечных вспышек на динамику магнитосферы и на электродинамическую связь между магнитосферой и ионосферой. В частности, они наблюдали быстрое и значительное усиление индуцированной вспышками фотоионизации E-области полярной ионосферы на высотах от 90 до 150 км. Явление, наблюдаемое учеными, оказало ряд эффектов на геокосмическую область, включая нагрев верхних слоев атмосферы Земли, реконфигурацию конвекции магнитосферы и изменения в авроральных осадках.

«Мы продемонстрировали, что эффекты солнечных вспышек распространяются по всему геокосмическому пространству за счет электродинамической связи, а не ограничиваются, как считалось ранее, атмосферной областью, где поглощается энергия излучения», - пояснил Лю. «Из-за аналогичного процесса взаимодействия Солнца, магнитосферы и ионосферы на других планетах земного типа, наше исследование также дает новые ключи к изучению и пониманию влияния солнечных вспышек на другие планеты. В своих будущих исследованиях я планирую изучить эффекты вспышки на планетах с такой же магнитосферой (Венера, Юпитер и Сатурн)».