Солнечный ветер (силовые линии показаны красным) набегает на магнитосферу Земли (голубые линии), постоянно проверяя её на прочность

Следующий пик активности Солнца не слишком понравится обитателям планеты Земля. Новые наблюдения системы спутников показали учёным, что ориентирование силовых линий магнитных полей Солнца и Земли в одном направлении в этот раз позволит значительному количеству плазмы беспрепятственно войти в атмосферу нашей планеты.

Неожиданно широкий пласт высокоэнергетических заряженных частиц в земной магнитосфере был обнаружен астрофизиками из космического центра Годдарда (Goddard Space Flight Center). Новые данные свидетельствуют о том, что защита нашей планеты от вредного космического излучения значительно ослабла и продолжает истощаться.


Напомним, что солнечный ветер (потоки ионизированных частиц, разогнанные иногда до полутора миллионов километров в час) чаще всего проявляется на Земле в виде красивых полярных сияний. В обычное время планета защищена от него своим магнитным щитом (магнитосферой).


Магнитный щит Земли прикрывает планету со всех сторон. Однако, как выяснилось, и он может дать течь. Предполагаемые размеры брешей: в ширину порядка четырёх диаметров Земли, в длину – около семи

Тот же самый солнечный ветер вызывает магнитные бури, влияет на работу спутников, выводит из строя электрические сети на Земле, мешает космонавтам работать в открытом космосе, угрожая их здоровью и даже жизни.


И вот теперь система спутников THEMIS (мы рассказывали о ней в этом материале) обнаружила во внешнем слое магнитосферы постепенно разрастающийся слой заряженных частиц шириной почти в 6,5 тысячи километров.


"Если так будет продолжаться, то в 2011-2012 годах (пик солнечного цикла) жители планеты испытают на себе сильнейшие геомагнитные бури, увидят самые яркие полярные сияния и зарегистрируют самые сильные волнения в радиационном поясе Земли ", — рассказывает Дэвид Сайбек (David Sibeck), эксперт NASA по космической погоде.


Об этом открытии учёные рассказали на очередном собрании Американского геофизического союза (American Geophysical Union) в Сан-Франциско.


Благодаря пяти спутникам THEMIS и наблюдательности астрофизиков земляне хотя бы вовремя узнают об ожидаемых бурях

Конечно, бывало всякое. Солнце уже не раз бушевало и сильнее, но если раньше нас защищала магнитосфера, то что же будет на этот раз? И что стало причиной образования тех самых "протечек"?


Солнечный ветер всё время меняется и треплет магнитное поле Земли, как ветер флаг или флюгер.


Силовые линии магнитного поля нашей планеты выравниваются в разных направлениях над различными регионами. Ближе к экватору (где солнечный ветер сильнее всего "давит" на магнитосферу) линии направлены на север.


Солнечный ветер обладает своим собственным полем, которое также постоянно меняется в течение 11-летнего цикла солнечной активности.


Ранее считалось, что когда вектора полей сонаправлены, а именно оба "указывают" на север, то это лишь усиливает защиту Земли.


Вредность" набегающих силовых линий солнечного ветра сильно зависит от их направления

Данный вывод был сделан на основе наблюдений: когда линии магнитного поля солнечного ветра направлены на юг, полярные сияния ярче, возрастает опасность нахождения в открытом космосе без соответствующей защиты.


"Учёные вполне логично считали, что наибольшее количество заряженных частиц попадают в земную магнитосферу, когда линии магнитного поля солнечного ветра "указывают" на юг", — рассказывает Сайбек в пресс-релизе NASA.


Однако THEMIS показала, что это не так. Данные с системы спутников указывали на то, что "слой солнечных частиц" становится толще, когда поля сонаправлены, говорит исследовательница Марит Ойросет (Marit Øieroset) из университета Калифорнии в Беркли, впервые заметившая этот эффект в ходе работы с THEMIS.


В результате дальнейших исследований и расчётов выяснилось, что выравнивание линий полей (в одном направлении) позволяет проходить через магнитную защиту Земли до 20 раз большему количеству заряженных частиц.


Чтобы выяснить, каков механизм данного процесса, астрофизики создали несколько компьютерных моделей, которые сымитировали процессы, наблюдаемые системой THEMIS.


Поток высокоэнергетических частиц из вытянутой области магнитного поля возвращается к Земле и проявляется в виде полярных сияний

Астрофизики предполагают, что возможным виновником всего являются направленные на север силовые магнитные линии солнечного ветра, которые соединяются с магнитосферой Земли, рассказывает физик Джимми Раедер (Jimmy Raeder) из университета Нью-Гемпшира (University of New Hampshire), принимавший участие в разработке компьютерных моделей.


По мере приближения такой линии к нашей планете она "падает" на полюса (а за ней и принесённые заряженные частицы) и охватывает Землю, как осьминог свою жертву.


Это явление, известное как магнитное перезамыкание (magnetic reconnection), прорывает в магнитосфере Земли гигантские бреши, позволяя плазме войти внутрь (в высоких широтах в обоих полушариях с освещённой стороны планеты).


"Мы и ранее (с помощью других спутников) время от времени наблюдали на полюсах нечто подобное, однако не придавали этому должного значения", — рассказывает Раедер.


Впрочем, одного (пусть даже и широкого) слоя заряженных частиц всё же недостаточно для того, чтобы создать значительные геомагнитные бури. Пока что Земля и её обитатели наслаждаются периодом относительного спокойствия, хотя в магнитосфере продолжается накопление запаса высокоэнергетических частиц.


Самый сложный для планеты период начнётся тогда, когда солнечная активность возрастёт и направленные теперь уже на юг линии придадут накопленной плазме дополнительный заряд. Вот тогда-то астрофизики и ожидают эффекта, схожего со взрывом газа, к которому не вовремя поднесли зажжённую спичку.