Термосфера Земли достигла максимальной температуры за 20 лет после воздействия солнечных бурь
Термосфера Земли недавно достигла почти 20-летнего температурного пика после поглощения энергии геомагнитных бурь, обрушившихся на Землю в этом году. Эксперты предупреждают, что температура во втором по высоте слое атмосферы, вероятно, продолжит расти в течение следующих нескольких лет, поскольку солнечная активность нарастает, что может повлиять на спутники, находящиеся на околоземной орбите.
По данным ученых, термосфера простирается от верхней части мезосферы на высоте около 80 километров над землей до нижней части экзосферы, которая начинается на высоте около 600 км над землей. За экзосферой находится космическое пространство.
Уже более 21 года НАСА измеряет температуру термосферы с помощью инфракрасного излучения, испускаемого молекулами углекислого газа и оксида азота. Ученые преобразуют данные, собранные спутником «Термосфера, ионосфера, мезосфера, энергетика и динамика» (TIMED), в термосферный климатический индекс (TCI), который измеряется в тераваттах, или ТВт. (1 ТВт равен 1 триллиону ватт.)
Значение TCI, которое резко возросло 10 марта, достигло пика в 0,24 ТВт, сообщили ученые. В последний раз TCI был таким высоким 28 декабря 2003 года.
Всплеск температуры был вызван тремя геомагнитными бурями в январе и феврале — серьезными нарушениями магнитного поля Земли, вызванными потоками быстро движущейся намагниченной плазмы, известными как выбросы корональной массы (CME), и реже потоками высокозаряженных частиц, известными как солнечный ветер.
«Эти «бури» откладывают свою энергию в термосфере и заставляют ее нагреваться», — говорят ученые. «Увеличение нагрева приводит к увеличению уровня инфракрасного излучения оксида азота и углекислого газа в термосфере». Обычно инфракрасное излучение после шторма охлаждает термосферу, но когда штормы повторяются, температура остается высокой.
После всплеска на нашу планету обрушились еще как минимум две геомагнитные бури — одна 24 марта, которая была самой мощной солнечной бурей, обрушившейся на Землю за более чем шесть лет, и еще одна столь же мощная буря 24 апреля. Значения TCI, следующие за этими штормами остаются сильными, но еще не преодолели мартовский пик.
Геомагнитные бури становятся более частыми и интенсивными во время солнечного максимума, части примерно 11-летнего солнечного цикла, в течение которого Солнце наиболее активно и покрыто темными солнечными пятнами и плазменными петлями, извергающими корональные выбросы и солнечный ветер.
В результате термосфера Земли также следует примерно 11-летнему циклу. Ученые предсказали, что следующий солнечный максимум наступит в 2025 году, а это означает, что тенденция к потеплению, вероятно, сохранится в течение следующих нескольких лет.
По словам исследователей, изменения в термосфере могут создать проблемы для спутников на низкой околоземной орбите, расположенных возле верхней границы термосферы.
Термосфера расширяется по мере нагревания, что приводит к «увеличению аэродинамического сопротивления всех спутников и космического мусора». Это повышенное сопротивление может толкать спутники ближе к Земле, что может привести к столкновению спутников друг с другом или полному сходу с орбиты, как это сделали спутники SpaceX Starlink в феврале 2022 года после неожиданной геомагнитной бури.
При этом солнечный максимум может наступить раньше, чем предполагалось. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences, предполагает, что пик солнечной активности может наступить уже в конце 2023 года и быть более мощным, чем думали изначально.
Однако в более длительных временных масштабах температуры в термосфере снижаются, потому что избыток CO2 в термосфере из-за изменения климата увеличивает инфракрасное излучение в космос.