Вот что происходит, когда солнечный «ветер» исчезает вблизи Земли и Марса

Солнце постоянно выбрасывает в космос газ и частицы, заряженные электричеством, со скоростью миллион миль в час. Поток, известный как солнечный ветер, помогает отразить вредные для Земли лучи и может помочь создать северное сияние на планетах. Однажды в декабре прошлого года он исчез, приближаясь к нашей планете и Марсу.

Солнечный ветер (движущийся справа налево) воздействует на индуцированное магнитное поле Марса

в ответ на внезапное затишье в солнечном ветре защитный магнитный слой, окружающий каждую планету, неожиданно расширился. По данным ученых и недавнему исследованию, опубликованному в Журнале геофизических исследований: Космическая физика,

Нарушения в марсианской магнитосфере, вызванные изменениями в солнечном ветре, могут помочь нарисовать более полную картину того, как планета потеряла воду миллиарды лет назад, говорят авторы исследования. На Земле ученые говорят, что понимание затишья в солнечном ветре важно, поскольку оно может вызвать помехи в работе спутников и средств связи.

Влияние солнечного ветра на Марс

Около 4 миллиардов лет назад Марс предположительно покрывали океаны, реки и озера. Со временем жидкая вода исчезла с поверхности. Ученые заинтересованы в изучении изменений солнечного ветра вокруг Марса, поскольку это могло бы выявить различные сценарии, которые привели к потере воды.

На данный момент учёным известно, как сильные солнечные ветры влияют на марсианскую атмосферу. Миллиарды лет назад неустанный поток солнечных частиц и ультрафиолетового света, возможно, разрушил ее атмосферу. Ослабление магнитного поля могло позволить большему количеству ионов на планете уйти в космос, включая воду.

«Чтобы вода находилась в стабильной жидкой форме, на нее должно оказываться достаточное атмосферное давление», — заявил на пресс-конференции Шеннон Карри, соавтор и планетарный физик из Калифорнийского университета в Беркли. Когда атмосфера на Марсе разрушилась, «атмосферное давление поднялось, а затем вода начала испаряться и таким образом теряться в космосе. »

В течение почти 10 лет программа НАСА «Марсианская атмосфера и нестабильная эволюция» (MAVEN) наблюдала за Марсом и сообщала о том, как солнечные частицы разрушали марсианскую атмосферу и теперь отсутствующую в ней жидкую воду. Ученые узнали, что большинство ионов было потеряно в космосе и во время интенсивных солнечных ветров.

Но у них не было наблюдений за моментом, когда солнечный ветер вокруг Марса почти отсутствовал — до сих пор.

Солнечный ветер ускоряет ионы из верхних слоев атмосферы Марса в космос

Около 26 декабря космический корабль MAVEN заметил нечто необычное. Как описано в новом исследовании, плотность солнечного ветра вокруг Марса упала в 100 раз. Магнитосфера Марса увеличилась в три раза на тысячи километров без давления солнечного ветра, сжимающего ее.

По словам Джаспера Халекаса, ведущего автора и космического физика из Университета Айовы, столкновение двух разных солнечных ветров повернуло циферблат вниз. Быстрый солнечный ветер действовал как лопата для снега, толкая более слабый и медленный солнечный ветер и очищая пространство позади него.

На следующий день марсианская атмосфера вернулась к своему нормальному размеру. Халекас сказал, что с тех пор вокруг Марса произошли и другие явления солнечного ветра с низкой плотностью, но это было самым продолжительным и драматичным.

Но как эти же события влияют на нашу живую Землю?

Разрушения на Земле

На пути к Марсу в декабре 2022 года вакуум солнечного ветра столкнулся с Землей.

По словам Халекаса, когда солнечный ветер вокруг нашей планеты уменьшился, другая миссия НАСА наблюдала расширение магнитосферы Земли. По его словам, ударные волны вокруг Земли, известные как головная ударная волна, увеличились вдвое, хотя это число не было включено в новое исследование.

Но это было не первое и не самое драматичное исчезновение солнечного ветра вокруг Земли. В 1999 году очередное затишье привело к тому, что ударная волна вокруг Земли увеличилась как минимум в четыре раза.

Фактически, одна группа исследователей обнаружила почти 12 явлений солнечного ветра с низкой плотностью вокруг Земли в период с 1995 по 2017 год, но больше могло остаться незамеченным. Радиоастроном Джанардхан Падманабхан, который помогал изучать прошлые события, сказал, что они также проанализируют событие 22 декабря.

«Вся Земля была охвачена этим огромным, медленно движущимся пузырем низкой плотности», — сказал Падманабхан, старший научный сотрудник Индийской национальной академии наук.

Ученых больше всего интересует, когда солнечные ветры, направляющиеся к Земле, становятся сильнее, чем обычно. Солнечные частицы могут сталкиваться с нашим защитным магнитным щитом и вызывать различные эффекты: от северного сияния до отключения радиосвязи и перебоев в работе спутников.

Но Земля также может испытывать аналогичные эффекты от солнечного ветра низкой плотности, сказал Райан Дьюи, космический физик из Мичиганского университета, не участвовавший в исследовании.

По его словам, во время солнечного ветра низкой плотности почти все в магнитосфере Земли расширяется, включая ее радиационные пояса, которые состоят из миллиардов частиц высокой энергии и помогают защитить Землю от вредной энергии. Если эти радиационные пояса пройдут, например, над спутниками связи или GPS, приток частиц может быть опасен для космических кораблей.

«Они действительно влияют на распространение радиоволн в атмосфере Земли и, следовательно, нарушают связь», — сказала Эллисон Джейнс, физик космоса и плазмы из Университета Айовы, не участвовавшая в исследовании.

Визуализация данных рентгеновского излучения над Северным полюсом во время «полярного дождя» электронов 11 мая 1999 года. Выбросы были обнаружены прибором PIXIE на космическом корабле НАСА Polar.

Уменьшение солнечного ветра может также вызвать необычно интенсивный полярный дождь — разновидность полярного сияния — который наблюдался в мае 1999 года, сказал Джейнс. Это позволяет лучам солнечных частиц путешествовать прямо в полярный регион Земли. Это похоже на то, как будто забитое шоссе внезапно проясняется.

Но у свободной трассы для спутниковых операторов есть и обратная сторона. По словам Дьюи, осаждение частиц, в зависимости от их объема, может нагревать верхние слои атмосферы. Это тепло может привести к расширению атмосферы и к торможению спутников.

По словам Падманабхана, низкий трафик может также проложить путь к большей солнечной опасности для Земли. Если последует крупное извержение на Солнце, известное как выброс корональной массы, оно может потрясти радио-, железнодорожные и электрические системы Земли, а также спутниковую связь.

Если бы такой корональный выброс массы был направлен к Земле во время исчезновения солнечного ветра, «вы не можете себе представить, какой хаос он мог бы нанести», — сказал Падманабхан.