Экстремальные геомагнитные бури происходят нечасто, однако способны нарушить работу спутников и вывести из строя электросети. Долгое время считалось, что существует предел реакции Земли на усиление солнечного ветра: после определенного уровня воздействие перестает расти и выходит на плато.
Новое исследование опровергло эту гипотезу. Авторы работы — Нитин Сивадас из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и Мария Валах из Ланкастерского университета — пришли к выводу, что предполагаемый предел оказался следствием особенностей измерений. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Солнечный ветер представляет собой непрерывный поток раскаленного газа, исходящий от Солнца. Взаимодействуя с магнитным полем Земли, он во время мощных вспышек вызывает электрические токи в верхних слоях атмосферы. Именно они способны нарушать связь и создавать угрозу для космических аппаратов.
«Магнитное поле нашей планеты отлично защищает нас от многих явлений космической погоды. Чаще всего последствия ограничиваются сбоями или полярными сияниями, однако в крайних случаях возможны потеря связи, сигналов GPS и выход спутников из строя», — отметила Мария Валах.
На протяжении многих лет наблюдения показывали, что с усилением солнечного ветра электрические токи сначала возрастают, а затем будто достигают максимума. Это породило около десяти различных теорий, объяснявших существование физического ограничения внутри магнитосферы. Теперь исследователи считают, что подобная закономерность возникла из-за ошибки измерений.
Основные данные поступают с космического аппарата, расположенного в первой точке Лагранжа примерно в миллионе миль ближе к Солнцу, чем Земля. Однако параметры солнечного ветра за время движения изменяются, поэтому зарегистрированные значения лишь приблизительно отражают реальные условия у нашей планеты. Дополнительную неопределенность создает невозможность точно определить момент прихода потока.
По словам ученых, здесь проявляется статистический эффект регрессии к среднему. При экстремальных значениях измерений реальные показатели обычно оказываются ближе к среднему уровню. Из-за этого особенно сильные порывы солнечного ветра в усредненных данных выглядели слабее, чем были в действительности.
«Обычно считается, что измерение отражает истину, однако теория вероятности показывает, что это не всегда так. Поэтому риски, связанные с космической погодой, вероятно, недооценивались», — заявил Нитин Сивадас.
Для проверки гипотезы исследователи использовали более миллиона измерений солнечного ветра, выполненных аппаратами, работающими значительно ближе к Земле. На основе этих данных они рассчитали величину систематической ошибки и скорректировали прежние наблюдения. После исправления зависимость перестала демонстрировать признаки насыщения и стала линейной.
Аналогичную корректировку специалисты выполнили для другого показателя — активности полярных сияний. Результат оказался таким же. Два независимых критерия подтвердили отсутствие верхнего предела реакции Земли на усиление солнечного ветра.
Исправленная модель показывает, что воздействие наиболее мощных солнечных потоков может оказаться примерно вдвое сильнее прежних оценок. Следовательно, экстремальные геомагнитные бури способны иметь более серьезные последствия, чем предполагалось ранее.
Мария Валах подчеркнула, что подобные события происходят редко, однако модели прогнозирования должны учитывать отсутствие верхнего предела реакции. По ее словам, данных о чрезвычайно мощных бурях немного, поэтому оценить последствия явлений, происходящих раз в тысячу лет, пока невозможно.
Авторы также отметили, что аналогичная погрешность способна влиять и на другие научные области, где изучаются редкие экстремальные явления с помощью несовершенных измерительных приборов. Кроме того, подобные искажения могут передаваться моделям машинного обучения, если они обучаются на неточных данных.
