Опасность сильнейших солнечных бурь могла быть занижена в 2 раза: исследование NASA поставило под сомнение ключевую теорию

«Предел мощности» геомагнитных бурь оказался статистической ошибкой, а не физическим свойством магнитосферы Земли

Новое исследование под руководством NASA поставило под сомнение одну из основных концепций современной космической погоды. Авторы работы, опубликованной в журнале Nature, пришли к выводу, что магнитосфера Земли не перестаёт усиливать отклик при экстремально мощном солнечном ветре, как считалось десятилетиями.

Если вывод подтвердится, то разрушительное воздействие самых сильных солнечных бурь на спутники, связь и энергосистемы может оказаться примерно в 2 раза выше существующих оценок.

До сих пор считалось, что при достижении определённой силы солнечного ветра геомагнитная активность выходит на плато — дальнейшее усиление потока плазмы почти не увеличивает ток в верхних слоях атмосферы. Для объяснения этого эффекта были предложены около 10 физических теорий. Однако авторы новой работы утверждают, что само «насыщение» оказалось 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. Именно там работают аппараты, фиксирующие параметры потока заряженных частиц. За время движения к Земле солнечный ветер меняется, а дополнительную погрешность вносят ошибки определения времени прихода плазмы, изменение её структуры и собственные погрешности приборов.

В результате реальные параметры солнечного ветра 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 создаётся ложное впечатление, что при самых мощных событиях магнитосфера начинает реагировать слабее, хотя на самом деле зависимость остаётся линейной и возрастает.

Для проверки гипотезы учёные использовали новую статистическую модель, учитывающую ошибки измерений и неодинаковую величину этих ошибок при разных уровнях солнечной активности. Кроме того, они проанализировали данные космических аппаратов NASA THEMIS и MMS, работающих значительно ближе к Земле, чем точка L1. После статистической калибровки зависимость между силой солнечного ветра и геомагнитным откликом в данных перестала выходить на плато и сохранила линейный характер вплоть до самых высоких зарегистрированных значений. Аналогичный результат был получен для индексов, которые показывают интенсивность электрических токов в верхней атмосфере над полярными областями Земли.

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