Спутники Swarm фиксируют изменения в магнитном поле Земли
На основе одиннадцатилетних измерений, проведенных спутниками Swarm Европейского космического агентства, ученые получили новые фундаментальные данные о динамике магнитного поля Земли, в особенности о Южно-Атлантической аномалии. С 2014 года эта область слабого магнитного поля над Южной Атлантикой расширилась на территорию, сопоставимую почти с половиной площади континентальной Европы. Магнитное поле является жизненно важным щитом для планеты, защищающим ее от космического излучения и заряженных частиц Солнца. Его основным источником служит глобальный океан расплавленного жидкого железа во внешнем ядре Земли, расположенном на глубине около 3000 километров. Процессы генерации поля крайне сложны, но их можно упрощенно сравнить с работой вращающегося проводника в динамо-машине, который создает электрические токи, порождающие электромагнитное поле.
Миссия Swarm, разработанная в рамках программы наблюдения за Землей FutureEO, представляет собой созвездие из трех идентичных спутников. Эти аппараты с высокой точностью измеряют магнитные сигналы, исходящие от ядра, мантии, земной коры, океанов, а также ионосферы и магнитосферы. Благодаря уникальным возможностям этой миссии ученые получают беспрецедентно глубокое понимание различных источников магнетизма и причин его ослабления или усиления в разных регионах планеты.
Южно-Атлантическая аномалия, впервые обнаруженная еще в девятнадцатом веке к юго-востоку от Южной Америки, сегодня представляет серьезную проблему для космической безопасности. Спутники, пролетающие над этим регионом, подвергаются повышенным дозам радиации, что может приводить к сбоям в работе, повреждению критически важного оборудования и даже полному отключению электросистем. Последние результаты миссии Swarm, опубликованные в журнале Physics of the Earth and Planetary Interiors, показывают, что в период с 2014 по 2025 год аномалия неуклонно расширялась. При этом с 2020 года в регионе Атлантического океана к юго-западу от Африки наблюдается особенно быстрое ослабление магнитного поля.
Ведущий автор исследований, профессор Крис Финли из Датского технического университета, подчеркивает, что Южно-Атлантическая аномалия не является монолитным образованием. Ее эволюция в направлении Африки и Южной Америки происходит по-разному, причем в африканском секторе отмечается более интенсивное ослабление. Это поведение связано с аномальными структурами на границе между жидким внешним ядром и каменистой мантией Земли, известными как пятна обратного потока. В норме линии магнитного поля исходят из ядра в южном полушарии, но под аномалией существуют области, где поле, вместо того чтобы выходить наружу, возвращается обратно в ядро. Данные Swarm позволили зафиксировать, как одна из таких областей смещается на запад над Африкой, что и способствует усилению ослабления поля в этом регионе.
Новейшая модель магнитного поля, генерируемого ядром, знаменует собой важную веху для миссии Swarm, которая на сегодняшний день предоставила самую длительную непрерывную запись магнитных измерений из космоса. Спутники, запущенные 22 ноября 2013 года, уже значительно превысили свой первоначальный проектный срок службы. Они стали неотъемлемой частью долгосрочных наблюдений, обеспечивая данные для критически важных оперативных служб и прокладывая путь для будущих поколений спутников. Информация, собираемая Swarm, является основой для глобальных магнитных моделей, используемых в навигации и мониторинге космической погоды, а также предоставляет уникальные сведения о земной системе — от ядра до верхних слоев атмосферы.
Последние данные также подчеркивают глобальную динамику магнетизма. В южном полушарии существует одна точка с особенно сильным магнитным полем, а в северном — две: одна в районе Канады, а другая над Сибирью. Профессор Финли отмечает, что магнитное поле Земли не является простым диполем, как у стержневого магнита, и только с помощью спутниковых измерений можно полностью картировать его сложную структуру и отслеживать изменения.
С момента запуска Swarm поле над Сибирью усилилось, а над Канадой ослабло. Канадская область сильного поля сократилась на 0,65% площади земной поверхности, что почти равно площади Индии, в то время как сибирская область увеличилась на 0,42%, что сопоставимо с площадью Гренландии. Это смещение, обусловленное турбулентными процессами в ядре, связано с наблюдаемым в последние годы движением северного магнитного полюса в сторону Сибири, что имеет важное значение для систем навигации.
Руководитель миссии Swarm в ЕКА Аня Штромме отметила, что расширенный временной ряд данных позволяет получить целостную картину динамики Земли. Все спутники находятся в исправном состоянии и продолжают предоставлять превосходные данные. Существуют надежды на продление миссии после 2030 года, когда ожидаемый солнечный минимум создаст благоприятные условия для получения еще более детальной информации о нашей планете.