Прогнозирование космической погоды вышло на новый уровень
Прогнозирование космической погоды процесс еще более сложный, чем обычная метеорология. Ионосфера — верхний слой атмосферы, содержащий частицы, заряженные солнечным излучением, — влияет на многие современные навигационные системы и системы связи, в том числе приложения для картографирования GPS и средства навигации для самолетов. Возможность прогнозировать активность заряженных электронов в ионосфере имеет важное значение для обеспечения целостности спутниковых технологий.
Исследования в области геокосмической науки давно установили, что определенные изменения в атмосфере вызваны солнечным излучением, возникающим в результате солнечного ветра, геомагнитных бурь и солнечных вспышек. Эффекты связи или изменения в одном атмосферном слое, которые влияют на другие слои, являются более противоречивыми. Степень связи между слоями до сих пор вызывает споры у ученых, не ясно также насколько сильно расширяются эффекты связи и детали процессов, связанных с этими эффектами.
Одним из наиболее интересных в науке крупных атмосферных событий является внезапное потепление стратосферы (SSW), при котором огромные волны в тропосфере — самый нижний слой атмосферы, в которой мы живем, — распространяются вверх в стратосферу. Эти планетные волны генерируются движением воздуха над геологическими структурами, такими как большие горные хребты. В стратосфере они взаимодействуют с потоками полярных струй. Во время крупного SSW температура в стратосфере резко возрастает в течение нескольких дней.
SSW-индуцированные изменения в ионосфере когда-то считались событиями давно ушедшего прошлого. Но последнее исследование, проведенное Ларисой Гончаренко из обсерватории Массачусетского технологического института, которое будет опубликовано в предстоящем выпуске «Журнала геофизических исследований: космическая физика» рассматривает крупное SSW, начавшееся в январе 2013 года и его влияние на ночную ионосферу. Десятилетия данных с геотермального объекта MIT Millstone Hill в Вестфорде, штате Массачусетс; Обсерватории «Аресибо» в Пуэрто-Рико; и Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) использовалась для измерения различных параметров в ионосфере и для разделения влияния SSW на другие известные эффекты.
Исследование показало, что плотность электронов в ночной ионосфере значительно уменьшилась благодаря воздействию SSW в течение нескольких дней: образовалась значительная дыра, которая простиралась поперек полушарий от 55 градусов южной широты до 45 градусов северной широты N. Ученые также измеряли сильные потоки плазмы идущие вниз и снижение температуры ионов после SSW.
«Группа исследователей во главе с Гончаренко показали, что более низкое атмосферное воздействие, связанное с большим метеорологическим событием, называемым SSW, также может влиять на ионосферу с низкой и средней широтами», — отметил Хорхе Л. Чау, руководитель отдела радиолокационного дистанционного зондирования в Институте Лейбница физики атмосферы. «В какой-то мере, учитывая сильную связь между регионами, ожидалось объединение (слоев), однако из-за других конкурирующих факторов, отсутствия надлежащих данных и, что более важно, отсутствия настойчивости для поиска таких ночных соединений, предыдущие исследования не показали такой связи, по крайней мере, были не столь ясны. Новые результаты открывают новые вызовы, а также возможность улучшить понимание более низких атмосферных воздействий в ионосфере».
Понимание того, как события вдали и в других слоях атмосферы влияют на ионосферу, является важной составляющей прогнозирования космической погоды; необходима дополнительная работа для установления точных механизмов, с помощью которых SSW влияют на ночную ионосферу и эффекты связи.
«Большие истощения в ночной ионосфере, отмеченные в этом исследовании, потенциально важны для изучения околоземной космической погоды, так как они могут влиять на то, как верхняя атмосфера реагирует на геомагнитные бури и влияет на возникновение ионосферных нарушений», — сообщила Ник Педателла, ученый высшей категории в Обсерватории высокого уровня Национального центра атмосферных исследований. «Наблюдаемые истощения в ночной ионосфере дают еще одну отправную точку для проверки верности модельных симуляций воздействия SSW на ионосферу».
