10 Minute
În mai 2024, Pământul a fost lovit de una dintre cele mai intense furtuni geomagnetice din ultimele decenii. Observațiile provenite de la satelitul japonez Arase și de la rețele terestre au arătat cum învelișul protector de plasmă al planetei a cedat sub presiunea solară extremă și de ce a fost nevoie de zile — nu doar ore — pentru a se reconstrui. Aceste măsurători noi schimbă modul în care oamenii de știință evaluează impactul vremii spațiale asupra sateliților, sistemelor GPS și comunicațiilor radio, oferind date valoroase pentru prognoza spațială și modelarea magnetosferei.
Oamenii de știință au surprins primele observații detaliate despre modul în care o superfurtună comprimă plasmasfera Terrei și au explicat de ce refacerea a durat mai mult de patru zile, afectând sisteme de navigație și comunicații.
Ce s-a întâmplat în timpul furtunii de Ziua Mamei?
În perioada 10–11 mai 2024, o succesiune de erupții solare puternice a produs o superfurtună geomagnetică — cea mai puternică care a lovit Pământul în peste 20 de ani. Cunoscută în unele cercuri ca furtuna Gannon sau furtuna de Ziua Mamei, evenimentul a livrat un asalt intens de particule încărcate și energie magnetică care s-au izbit de magnetosfera Terrei și au comprimat plasmasfera, regiunea de plasmă rece și densă care se rotește în co-rotatie cu planeta.
Furtunile geomagnetice de această magnitudine sunt rare, apărând tipic la intervale de 20–25 de ani, însă atunci când se produc, efectele lor se propagă în tot spațiul apropiat Pământului: electronica sateliților poate suferi perturbații, acuratețea sistemelor GPS scade, iar comunicațiile radio devin nesigure. În timpul acestui eveniment particular, au fost observate aurore care, de obicei limitate la regiunile polare, s-au extins în latitudini medii precum Japonia, Mexic și părți din sudul Europei, oferind spectacole nocturne dramatice la distanțe mari de poli. Aceste manifestări vizuale au marcat intensitatea furtunii și au atras atenția publicului asupra riscurilor asociate cu activitatea solară extremă.
Observațiile directe ale Arase, din primul rând
Lansat de JAXA în 2016, satelitul Arase (cunoscut și sub numele ERG) transportă instrumente concepute pentru a măsura undele de plasmă și câmpurile magnetice din interiorul plasmasferei. Poziționat favorabil în timpul furtunii din mai 2024, Arase a furnizat citiri continue, in situ, ale plasmasferei în timp ce aceasta a fost strânsă spre interior până la altitudini care nu mai fuseseră înregistrate atât de direct anterior. Aceste date in situ sunt deosebit de prețioase pentru că completează observațiile indirecte și permite verificarea modelelor numerice folosite în monitorizarea vremii spațiale.
Unde plasmasfera se extindea în mod obișnuit până la aproximativ 44.000 km deasupra Pământului, Arase a observat cum limita exterioară s-a prăbușit până la aproximativ 9.600 km — adică în jur de o cincime din extinderea ei normală — în doar nouă ore. Această contracție dramatică și reumplerea ulterioară lentă oferă cea mai clară imagine până în prezent despre modul în care forțarea solară extremă reconfigurează mediul de plasmă care protejează sateliții și sistemele terestre. Pentru cercetătorii în fizica spațiului, măsurătorile au reprezentat o ocazie rară de a observa procese transiente la scară largă care altfel rămân în întuneric.
Cum au combinat oamenii de știință datele din satelit și cele terestre
Cercetătorii au corelat măsurătorile particulelor și câmpurilor realizate de Arase cu date provenite din rețele de receptoare GPS la sol pentru a urmări modificările densității ionosferei. Ionosfera — stratul superior al atmosferei Terrei, bogat în particule încărcate — furnizează plasmasferei ionii care derivă în sus și o repopulează după perturbații. Prin monitorizarea ambelor straturi, oamenii de știință au putut observa nu doar compresia, ci și procesele care au întârziat recuperarea, inclusiv schimbări chimice și dinamici ale circulației atmosferice superioare.
O auroră rară la latitudine joasă fotografiată la Rikubetsu, Japonia, în timpul superfurtunii geomagnetice din mai 2024, cea mai puternică în peste 20 de ani. Această furtună a cauzat o compresie extremă a plasmasferei Terrei, documentată pentru prima dată prin măsurători directe ale satelitului.
De ce refacerea a durat mai mult de patru zile
După strângerea inițială, oamenii de știință se așteptau ca plasmasfera să se reumple în una sau două zile. În schimb, refacerea a necesitat peste patru zile — cel mai lung timp de reumplere înregistrat de Arase de la începutul monitorizării regiunii în 2017. Echipa științifică a urmărit întârzierea până la un fenomen denumit „furtună negativă”, care reduce densitățile particulelor ionosferice pe regiuni extinse. Fenomenul a avut un rol-cheie în limitarea resursei de ioni necesară reconstituirii plasmasferei.
Furtunile negative apar când încălzirea intensă cauzată de energia solară alterează chimia straturilor superioare ale atmosferei. În acest caz, încălzirea concentrată spre poli a condus, în timp, la o scădere răspândită a ionilor de oxigen în ionosferă. Acești ioni de oxigen contribuie în mod normal la generarea ionilor de hidrogen mai ușori, care urcă și reaprovizionează plasmasfera. Când acel lanț de producție este întrerupt, resursa de ioni necesară pentru reumplere este limitată, iar refacerea plasmasferei devine mult mai lentă. Aceasta explică de ce timpul necesar pentru revenirea la condiții normale a depășit estimările bazate doar pe dinamica magnetosferică.
Lanțul de cauzalitate — de la compresia extremă a magnetosferei, la încălzirea polară, până la schimbările chimiei ionosferei — furnizează o explicație mecanică pentru întârzierea recuperării și leagă procese care anterior erau doar vag corelate în observații separate. În plus, evidențiază importanța analizării sistemului ca un întreg cuplaj între magnetosferă, ionosferă și termosferă pentru a înțelege cum evoluează perturbările spațiale majore.
Impact asupra sateliților, navigației și prognozei
Consecințele practice ale unei perturbări a plasmasferei care durează mai multe zile sunt importante. În timpul furtunii, mai mulți sateliți au raportat anomalii electrice sau pierderi de telemetrie, erorile de poziționare GPS au crescut, iar comunicațiile radio în undele scurte au suferit întreruperi. Pentru aviație, transport maritim și infrastructuri critice care se bazează pe navigație și sincronizare precise, aceste degradări pot produce riscuri operaționale în lanț. De exemplu, deviații temporare ale semnalului GPS pot afecta rutarea aeronavelor sau operațiunile portuare care se bazează pe poziționare de înaltă precizie.
Din perspectiva prognozei spațiale, noile observații scot în evidență un punct nevăzut: modelele actuale prezic deseori perturbarea imediată, dar subestimează modul în care chimia atmosferei superioare poate frâna recuperarea. Integrarea proceselor cuplate — magnetosferă, ionosferă și chimie termosferică — în modelele operaționale de vreme spațială va îmbunătăți avertismentele și măsurile de atenuare a riscurilor pentru operatorii de sateliți și furnizorii de servicii. Aceasta include dezvoltarea de scenarii de risc pentru perioade prelungite de degradare a semnalului GPS, semnale radio afectate și posibile întreruperi ale comunicațiilor satelit-terestru.
Perspective și expertiză
„Măsurătorile directe de la o misiune precum Arase sunt neprețuite pentru că surprind schimbările locale și rapide pe care modelele globale le pot rata”, spune dr. Elena Morales, fizician spațial care nu a fost implicată în studiu. „A vedea plasmasfera prăbușindu-se sub 10.000 km și apoi luptându-se să se refacă arată cât de interconectat este sistemul — de la erupții solare până la chimia atmosferică. Aceasta ne indică zonele pe care trebuie să ne concentrăm atât pentru monitorizare, cât și pentru îmbunătățirea modelelor.”
Dr. Atsuki Shinbori și colegii de la Universitatea Nagoya au subliniat că combinarea seturilor de date din sateliți și de la sol a fost esențială pentru diagnosticarea evenimentului. Analiza lor, publicată în Earth, Planets and Space, oferă atât un eveniment de referință, cât și constrângeri noi pentru modelele care încearcă să simuleze scenarii extreme de vreme spațială. Studiul servește drept ghid pentru calibrările viitoare ale modelelor și pentru prioritizarea observațiilor care reduc incertitudinile în predicțiile perioadelor post-perturbare.
Privind înainte: monitorizare și reziliență
Strategiile viitoare pentru reducerea vulnerabilității includ extinderea monitorizării in situ a plasmasferei, îmbunătățirea rețelelor globale de senzori ionosferici și sporirea schimbului de date în timp real între agențiile spațiale și operatorii comerciali de sateliți. Programele de observație ar trebui să acopere mai bine latitudinile medii și scăzute, unde efectele furtunilor pot surprinde operatorii. De asemenea, este necesară dezvoltarea de protocoale pentru protejarea structurilor critice și pentru comutarea rapidă la sisteme alternative atunci când GPS-ul sau comunicațiile satelit sunt degradate.
Progresele în modelare trebuie să abordeze totodată modul în care energia depusă în atmosfera superioară modifică chimia acesteia — deoarece acea chimie poate determina cât de repede mediul spațial revine la condiții normale. Modelele care includ reacții chimice dependente de temperatură, transportul de ioni și dinamica neutrilor termici vor oferi prognoze mai realiste ale timpilor de recuperare și ale variațiilor regionale ale densităților ionosferice. Implementarea acestor procese în modele operaționale va necesita resurse de calcul și date de validare, dar va crește semnificativ capacitatea de avertizare pentru comunitatea de sateliți și utilizatorii critici.
Pentru public, furtuna de Ziua Mamei a reprezentat un spectacol neobișnuit pe cer; pentru oamenii de știință și operatori, a fost un memento că evenimentele solare rare pot genera efecte persistente la scară de sistem. Pe măsură ce activitatea solară fluctuează în ciclul de 11 ani, lecțiile învățate în mai 2024 vor informa modul în care monitorizăm, prezicem și răspundem la următoarea furtună majoră. Consolidarea rețelelor de observație, actualizarea modelelor de prognoză spațială și creșterea colaborării internaționale între laboratoare, agenții spațiale și sectorul privat sunt pași cheie către creșterea rezilienței infrastructurilor dependente de sateliți și GPS.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu