Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, показывает, что в будущем плотность верхней атмосферы во время геомагнитных бурь будет ниже, чем при современных бурях той же интенсивности. Это связано с тем, что базовая плотность атмосферы станет меньше из-за роста концентрации углекислого газа.
Рост CO2 в атмосфере усиливает воздействие солнечных бурь на спутники
Ученые из Национального центра атмосферных исследований США и университета Кюсю (Япония) выяснили, как растущие концентрации углекислого газа изменят воздействие геомагнитных бурь на орбитальные спутники к концу XXI века.
Солнечная буря. Alamy/PA
Геомагнитные бури, вызванные мощными выбросами заряженных частиц с поверхности Солнца, становятся все более серьезным вызовом для нашего технологически зависимого общества. Эти космические явления временно увеличивают плотность верхней атмосферы и создают дополнительное сопротивление для спутников, влияя на их скорость, высоту орбиты и срок службы.
Но относительный скачок плотности от базового уровня до пика во время многодневной бури станет значительно больше. «Способ, которым энергия от Солнца воздействует на атмосферу, изменится в будущем, потому что фоновая плотность атмосферы будет другой, и это создает другую реакцию», — объясняет ведущий автор работы Николас Педателла из NSF NCAR.
Солнечные бури в верхних слоях атмосферы
Воздействие солнечной бури на атмосферу и магнитное поле Земли.
В отличие от нижней атмосферы, которая нагревается из-за выбросов углекислого газа, верхняя атмосфера становится холоднее. На больших высотах, где воздух намного более разрежен, углекислый газ не поглощает отраженное от Земли тепло и не передает его соседним молекулам, а излучает его прямо в космос.
Для анализа исследователи использовали данные о геомагнитной супербуре 10-11 мая 2024 года и моделировали, как атмосфера отреагировала бы на такую же бурю в 2016 году и в трех будущих периодах — 2040, 2061 и 2084 годах. Компьютерное моделирование проводилось на суперкомпьютере Derecho и охватывало всю атмосферу от поверхности Земли до верхней термосферы на высоте 500-700 километров.
Результаты показали, что к концу века различные области верхней атмосферы будут на 20-50% менее плотными на пике бури, сравнимой с прошлогодней, при условии значительно более высоких уровней углекислого газа. При этом если сейчас такая буря увеличивает плотность в два раза, то в будущем она может увеличить ее почти в три раза.
Траектории низкоорбитальных спутников.
«Для спутниковой индустрии это особенно важный вопрос из-за необходимости проектировать спутники для конкретных атмосферных условий», — подчеркивает Педателла. Ученый отмечает необходимость дальнейших исследований различных типов геомагнитных бурь и их воздействия в разные периоды 11-летнего солнечного цикла.
«Теперь у нас есть возможности с нашими моделями исследовать очень сложные взаимосвязи между нижней и верхней атмосферой», — заключает исследователь. — «Крайне важно знать, как будут происходить эти изменения, поскольку они имеют глубокие последствия для нашей атмосферы».