Земля поднимает плазменный щит, чтобы бороться с солнечными бурями

Впервые с помощью спутников и наземных детекторов учёным удалось наблюдать за тем, как планета посылает часть плазмы, отбивая выбросы заряженного солнечного вещества. Открытие подтвердило давнюю теорию о магнитных свойствах окрестностей Земли и дало возможность следить за оборонными механизмами планеты.

"Наблюдения изменили наше представление о работе этой системы, – говорит Джо Боровский (Joe Borovsky) из Института космических наук в Боулдере, штат Колорадо. – Земля, оказывается, может дать настоящий отпор солнечному ветру".

Напомним, что Земля окружена пузырём из плазмы и магнитных полей, который называется магнитосферой. Он простирается от ядра планеты в космос, где защищает нас от основной массы солнечного ветра – потока высокоэнергетических частиц, постоянно исходящих от родной человечеству звезды.

Но иногда силовые линии магнитного поля Солнца могут пересечься с линиями поля Земли. Такой процесс называется магнитным пересоединениеми он может открыть для солнечного ветра окна в магнитосфере. Заряженные частицы могут течь вдоль этих линий в атмосферу Земли, что приводит к красивым полярным сияниямили геомагнитным бурям, которые способны навредить навигационным системам и электрическим сетям.

Газ в верхних слоях атмосферы Земли ионизируется под воздействием ультрафиолетового излучения, исходящего от Солнца. Полученная при этом плазма оказывается во власти магнитных полей и образует кольцо вокруг нашей планеты. Предыдущие наблюдения этой плазмосферыпоказали, что иногда из неё выходят потоки.

Теоретики предполагали, что экстрасильное электрическое поле Солнца может сбрасывать плазму с плазмосферы при пересоединении, порождая таким образом поток плазмы. Если этот поток достигает границы между земным и солнечным магнитным полем, он создаёт буферную зону из плотного материала. В результате линии магнитного поля (планеты и звезды) не сходятся и процесс пересоединения обрывается.

"Магнитное поле Земли защищает жизнь на её поверхности от губительного воздействия этих солнечных вспышек, – объясняет Джон Фостер (John Foster) из Массачусетского технологического института. – Процесс пересоединения убирает часть этого магнитного щита и пропускает высокоэнергетические частицы внутрь, что порождает мощные магнитные штормы. Плазма выбрасывается в космос и замедляет процесс пересоединения, так что влияние Солнца на Землю оказывается не таким разрушительным, каким могло бы быть".

Чтобы разобраться, что же на самом деле происходит, учёным необходимо было проследить за формированием потока. Однако наземные обсерватории, которые помогают увидеть формирование такого потока, имеют недостаточное разрешение, чтобы понять наверняка, достигает ли материал магнитной границы.

Брайан Уолш (Brian Walsh) из центра космических полётов Годдарда NASA решил изучить явление подробнее. В январе 2013 года GPS-датчики, расположенные на поверхности Земли, зафиксировали электроны в верхних слоях атмосферы, а также поток этих заряженных частиц повышенной плотности, исходящий от северного полюса. Это указывало на то, что поток плазмы отклонился от курса в сторону Солнца.

В то же время три космических аппарата Американского космического агентства THEMIS, предназначенные для изучения солнечных бурь, пересекли магнитную границу. Микроспутникизафиксировали увеличение числа электронов на границе в сотню раз.

"Впервые мы смогли изучить положение плазмы, простирающейся от атмосферы до границы между магнитным полем Земли и Солнца, – рассказывает Уолш. – Она приближается к этой границе и помогает защитить нас, удерживая солнечные бури".

Впрочем, не каждая солнечная атака способна сгенерировать поднятие этого защитного плазменного щита. Это значит, что учёным ещё предстоит найти объяснение многим аспектом столь необычного феномена.

"Чтобы сделать наблюдения с помощью космического аппарата, его сначала нужно направить в верное место, а наземные станции могут производить наблюдения и измерения почти постоянно, – говорит Уолш. – Мы хотим узнать, когда и почему Земля решает защищать нас".

Подробности исследования были опубликованы в издании Science.