Над Землёй засекли первый космический ураган

Учёные обнаружили настоящий ураган, бушевавший на границе атмосферы и космоса и сопровождавшийся мощным полярным сиянием. Ничего подобного исследователи никогда раньше не наблюдали.

Обычные ураганы случаются в самом нижнем слое атмосферы Земли – тропосфере. Они зарождаются над тёплыми морями. Когда тёплый влажный воздух поднимается вверх, создаётся область низкого давления (глаз бури). Вокруг неё спиральным вихрем закручивается воздух. Скорость ветра при этом может достигать двухсот километров в час (!). При этом обильно образуются облака, из которых льётся такой ливень, что ураганы часто приводят к наводнениям.

В верхних слоях атмосферы Земли, у самой границы космоса, подобное невозможно. Там очень разреженный и сухой воздух, причём его температура растёт с высотой, а не падает. Нет никаких условий для образования вихрей.

Однако учёные всё-таки наблюдали настоящий ураган. Он имел диаметр почти в тысячу километров и многочисленные спиральные рукава. Вихрь просуществовал почти восемь часов. Воронка вращалась вокруг северного магнитного полюса планеты, а вместо дождя вниз сыпались… ускоренные электроны. И каждый поток воздуха был эффектно подсвечен полярным сиянием.

Всё дело в том, что этот ураган создало магнитное поле Земли и солнечный ветер.

Напомним, что последний состоит из заряженных частиц (в основном протонов и электронов). Наша планета постоянно обдувается солнечным ветром. Время от времени в нём образуются различные облака и уплотнения (это одно из проявлений солнечной активности). Они имеют собственное магнитное поле, которое накладывается на геомагнитное поле планеты и возмущает его. Атмосфера не может остаться в стороне от этого безобразия, поскольку на такой высоте воздух состоит из ионов, а они чувствительны к магнитному полю.

В результате такого события и образовалась система, очень напоминающая классический ураган. Вместо нагретого солнцем воздуха вверх поднимался поток ионов, создающий собственное магнитное поле. Это поле закручивало окружающий ионизированный газ в мощный вихрь, вращающийся против часовой стрелки. В центре вихря сформировался своеобразный глаз бури, где не было горизонтального потока воздуха.

К слову, это событие произошло ещё в 2014 году. Но обнаружили его только сейчас, обрабатывая архивные данные с четырёх спутников DMSP.

"До сих пор не было уверенности в существовании ураганов космической плазмы, поэтому доказать его [существование] с помощью таких поразительных наблюдений – это невероятно", – признаётся соавтор исследования Майкл Локвуд (Michael Lockwood) из Редингского университета.

Это открытие позволяет по-новому взглянуть на воздействие Солнца на атмосферу планеты. Космический ураган оказался очень эффективным механизмом нагрева её верхних слоёв за счёт энергии солнечного ветра.

Кроме того, он работал как гигантский ускоритель электронов. Само по себе возмущение геомагнитного поля, сопровождавшее ураган, было не очень сильным: даже не магнитная буря, а лишь суббуря. Но вращающаяся воронка разгоняла частицы до энергий, которые наблюдаются только во время супербурь.

Врезаясь в атомы воздуха, электроны вызывали яркое полярное сияние в виде движущихся спиралей. Можно с уверенностью утверждать, что это было эффектное зрелище.

Любопытно, что в 2014 году солнечная активность была низкой. И всё-таки она вызвала столь масштабное событие. Вероятно, в годы высокой активности космические ураганы случаются чаще. И, пристально наблюдая за верхней границей атмосферы, мы будем видеть их регулярно.

Наверняка подобные явления происходят и на других планетах, имеющих магнитное поле, например, на Юпитере.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.