Pământul poate amplifica furtunile solare extreme

Un nou studiu, publicat în Science pe 13 noiembrie, a arătat că forța extremă a furtunii geomagnetice din mai 2024 a fost determinată în mare măsură de propria atmosferă a Pământului, și nu doar de fluxurile de materie provenite de la Soare. Oamenii de știință au efectuat pentru prima dată măsurători directe ale compoziției spațiului din apropierea Pământului în timpul unei furtuni de o asemenea amploare și au constatat că aproximativ 85% dintre particulele încărcate din epicentrul perturbației erau ioni grei de oxigen de origine terestră. Această descoperire schimbă concepțiile științifice despre natura vremii spațiale și explică de ce câmpul magnetic al planetei a slăbit neobișnuit de aproape de suprafața sa.

Cronica „furtunii Gannon” și natura curentului inelar

Evenimentul a început după ce o pată solară mare a produs o serie de erupții puternice, aruncând în spațiu nori uriași de plasmă magnetizată. Unindu-se pe parcurs, aceștia au lovit magnetosfera — învelișul magnetic protector al Pământului — pe 10 și 11 mai 2024. Furtuna, denumită „furtuna Gannon” și „furtuna de Ziua Mamei”, a provocat cea mai puternică perturbare din istoria observațiilor în curentul inelar al planetei.

Curentul inelar reprezintă o centură uriașă de particule încărcate, în principal ioni de oxigen și hidrogen, care circulă lent la altitudini de mii de kilometri deasupra ecuatorului. Deplasându-se, aceste particule creează un curent electric și propriul câmp magnetic, care slăbește câmpul magnetic natural al Pământului în apropierea suprafeței sale. Indicatorul perturbațiilor geomagnetice — indicele SYM-H — a coborât atunci până la minimul de -518 nT — nanotesle, unități de măsură ale inducției magnetice. Aceasta a fost a doua cea mai puternică perturbare de după 1981, după o furtună comparabilă din noiembrie 2004.

Disputa privind originea particulelor și costul vremii spațiale

Timp de decenii, cercetătorii au dezbătut de unde provin particulele curentului inelar. Sunt cunoscute două surse principale: vântul solar — fluxul de particule încărcate care vine de la Soare — și ionosfera Pământului — stratul superior al atmosferei noastre încărcat electric. Ambele surse alimentează de obicei curentul inelar în timpul furtunilor. Iar o parte dintre oamenii de știință se așteptau ca, în cazul unui eveniment extrem cu un vânt solar deosebit de dens, acesta să rămână principalul furnizor de particule.

Aurorele polare strălucitoare sunt departe de a fi singura consecință a unor astfel de furtuni. 

«Unele superfurtuni sau furtuni geomagnetice extreme nu sunt doar spectacole luminoase impresionante. Ele creează un pericol de radiații pentru navele spațiale, afectează funcționarea semnalelor GPS și a sistemelor de comunicații și provoacă pene de curent. Înțelegerea modului în care evoluează o furtună geomagnetică nu este doar o chestiune științifică, ci și o problemă cu consecințe reale», a declarat autorul principal al studiului, conferențiarul Institutului de Cercetare a Mediului Spațial și Terestru (ISEE) al Universității Nagoya, Naritoshi Kitamura.

Măsurătorile directe ale satelitului Arase

Studierea detaliată a furtunii din mai a fost posibilă datorită satelitului japonez Arase, lansat în 2016 și gestionat de Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială (JAXA), al cărui centru științific este coordonat în comun de Institutul de Științe Spațiale și Astronautice (ISAS/JAXA) și ISEE al Universității Nagoya. Aparatul se deplasează direct prin regiunea de formare a curentului inelar și este echipat cu instrumente care măsoară masa și energia ionilor individuali, permițând determinarea exactă a tipului acestora. Printr-o coincidență favorabilă, satelitul a trecut prin curentul inelar la scurt timp după începutul furtunii din mai și l-a traversat din nou în apropierea vârfului perturbației.

«Aceasta este prima observație simultană a ionilor curentului inelar și a vântului solar în timpul unei furtuni atât de mari, iar datele au fost clare: aproximativ 85% dintre ioni erau ioni de oxigen din propria ionosferă a Pământului», a explicat Naritoshi Kitamura. 

Astfel, contrar așteptărilor, vântul solar a jucat un rol relativ mic în formarea populației de particule măsurate.

Slăbirea anormală a câmpului magnetic

În plus, senzorii Arase au înregistrat o altă anomalie: în apropierea vârfului furtunii, intensitatea câmpului magnetic a scăzut cu 40% la o altitudine de circa 16 000 de kilometri deasupra Pământului — semnificativ mai aproape de planetă decât la altitudinea la care au fost observate anterior astfel de scăderi bruște. Oamenii de știință consideră că tocmai predominanța ionilor grei din atmosfera terestră, care sunt mult mai masivi decât particulele vântului solar, ar fi putut amplifica perturbația magnetică și apropia maximul acesteia de Pământ.