Команда под руководством Университета Колорадо в Боулдере обнаружила механизм внезапного срабатывания «естественного термостата» в верхних слоях атмосферы Земли, который резко охлаждает воздух после того, как он был нагрет сильной солнечной активностью.
Ученым известно, что солнечные вспышки и корональные выбросы массы (CME), которые высвобождают электрически заряженную плазму от Солнца, могут повредить спутники, вызвать перебои в подаче электроэнергии на Земле и нарушить работу GPS. По словам профессора Калифорнийского университета в Боулдере Долорес Нипп из Департамента аэрокосмических инженерных наук, КВМ достаточно мощны, чтобы посылать миллиарды тонн солнечных частиц, летящих к Земле со скоростью более 1 миллиона миль в час.
Теперь Книпп и ее команда определили, что, когда такие мощные CME отрываются от Солнца и движутся к Земле, они создают ударные волны, очень похожие на сверхзвуковые самолеты, создающие звуковые удары. В то время как ударные волны от CME вливают энергию в верхние слои атмосферы Земли, раздувая и нагревая их, они также вызывают образование следов химического оксида азота, который затем быстро охлаждает и сжимает ее, сказала она..
«Что нового, так это то, что мы определили обстоятельства, при которых верхние слои атмосферы переходят в режим почти переохлаждения после значительного нагрева», - сказал Книпп, также член Колорадского центра астродинамических исследований в Боулдере. «Это немного похоже на заклинивший термостат - это действительно случай, когда природа обуздывает себя».
Книпп сделал презентацию на осеннем собрании Американского геофизического союза 2016 года, которое проходило в Сан-Франциско с 12 по 16 декабря. Презентация была связана с предстоящей статьей, которая должна быть опубликована в журнале Space. Погода.
Солнечные бури могут вызвать резкое изменение температуры верхних слоев атмосферы, включая ионосферу, которая колеблется от примерно 30 миль в высоту до примерно 600 миль в высоту - край космоса. По словам Книппа, в то время как материал CME, врезающийся в атмосферу Земли, может вызывать скачки температуры до 750 градусов по Фаренгейту, оксид азота, создаваемый вливанием энергии, может впоследствии охладить его примерно на 930 градусов по Фаренгейту.
Ключ к разгадке тайны пришел, когда Книпп просматривала спутниковые данные о сильной солнечной буре, обрушившейся на Землю в 1967 году. «Я нашла рисунок глубоко в давно забытой рукописи», - сказала она. «Наконец-то мне стало ясно, что происходит на самом деле».
Поскольку верхние слои атмосферы расширяются во время КВМ, спутники на низкой околоземной орбите вынуждены двигаться через дополнительные газовые частицы, что приводит к большему сопротивлению. Спутниковое сопротивление - огромная проблема государственных и аэрокосмических компаний - вызывает распад на орбитах космических аппаратов, которые впоследствии сгорают в атмосфере.
В рамках нового исследования Книпп и ее коллеги сравнили два набора спутниковых данных за 15 лет. Один из них был получен при зондировании атмосферы с использованием прибора широкополосной эмиссионной радиометрии (SABER) на спутнике НАСА TIMED. Другой был основан на данных, собранных спутниками Министерства обороны США.
«Мы обнаружили, что самый быстрый материал, стекающий с Солнца, вызывал эти ударные волны, заставляя атмосферу подниматься и нагреваться», - сказала она. «Но стало совершенно ясно, что эти ударные волны были причиной образования оксида азота, из-за которого атмосфера теряла энергию и охлаждалась».
SABER собирает данные об оксиде азота в атмосфере с момента своего запуска в 2001 году, следуя по стопам другого спутника для измерения оксида азота, известного как Student Nitric Oxide Explorer (SNOE). Запущенная в 1998 году, SNOE привлекла более 100 студентов CU Boulder, в основном студентов, к ее проектированию и строительству. Оказавшись на орбите, SNOE контролировалась студентами в кампусе 24 часа в сутки в течение почти шести лет.
Геомагнитные бури оказали серьезное воздействие на Землю. Шторм 1989 года, вызванный CME, привел к обрушению системы электропередачи Hydro-Quebec, в результате чего шесть миллионов канадцев остались без электричества. В 1859 году солнечная буря, названная Кэррингтонским событием, произвела полярные сияния от Северного полюса до Центральной Америки и нарушила телеграфную связь, даже вызвав пожары в телеграфных отделениях, в результате которых погибло несколько человек.