Исследование NASA: опасность мощных солнечных бурь может быть вдвое выше прежних оценок

Новое исследование под руководством NASA поставило под сомнение фундаментальную концепцию космической погоды. Ученые пришли к выводу, что магнитосфера Земли не перестает усиливать отклик при экстремально мощном солнечном ветре, как считалось на протяжении десятилетий. Если выводы подтвердятся, разрушительное воздействие сильнейших солнечных бурь на спутники, связь и энергосистемы может оказаться примерно в два раза выше существующих оценок.

До сих пор господствовала теория, что при достижении определенной силы солнечного ветра геомагнитная активность выходит на плато: дальнейшее усиление потока плазмы почти не увеличивает ток в верхних слоях атмосферы. Для объяснения этого эффекта было предложено около десяти физических теорий. Однако авторы новой работы утверждают, что само «насыщение» является следствием статистического искажения, а не реального физического процесса.

Причиной ошибки стали измерения солнечного ветра в точке Лагранжа L1, расположенной примерно в 1,5 млн км от Земли. За время движения к Земле параметры ветра меняются, а дополнительную погрешность вносят ошибки определения времени прихода плазмы и изменение ее структуры. В результате реальные параметры у магнитосферы отличаются от зарегистрированных в L1.

Авторы объяснили наблюдаемое «насыщение» эффектом регрессии к среднему — статистическим явлением, при котором экстремальные измерения из-за случайных ошибок оказываются завышенными относительно истинных значений. Из-за этого создается ложное впечатление, что при самых мощных событиях магнитосфера реагирует слабее, хотя на самом деле зависимость остается линейной и возрастающей.

Для проверки гипотезы ученые использовали новую статистическую модель, учитывающую ошибки измерений и их неодинаковую величину при разных уровнях активности. Они также проанализировали данные космических аппаратов NASA THEMIS и MMS, работающих значительно ближе к Земле, чем точка L1. После калибровки зависимость между силой солнечного ветра и геомагнитным откликом перестала выходить на плато и сохранила линейный характер вплоть до самых высоких зарегистрированных значений. Аналогичный результат получен для индексов электрических токов в верхней атмосфере над полярными областями.

Если результаты подтвердятся, потребуется пересмотр существующих моделей космической погоды и теорий, объясняющих природу усиления геомагнитных бурь. Это означает, что расчеты риска для спутников, систем связи и электросетей во время экстремальных солнечных событий могут оказаться существенно заниженными. Магнитосфера, вероятно, не имеет предполагаемого ранее «естественного ограничения» реакции на самые мощные выбросы солнечного ветра.

Исследование опубликовано в журнале Nature. Данные для анализа предоставили аппараты NASA THEMIS и MMS, находящиеся на более близких орбитах к Земле, что позволило точнее оценить реальные параметры солнечного ветра у магнитосферы.