V květnu 2024 umožnila masivní sluneční bouře vědcům bezprecedentní příležitost pochopit, jak se v těžkých podmínkách vesmírného počasí zhroutila ochranná plazmatická vrstva Země. Díky japonské družici „Araz“, která se nacházela na ideálním pozorovacím místě, byli výzkumníci schopni sledovat smrštění plazmatické vrstvy na pouhý zlomek její obvyklé velikosti, přičemž proces její obnovy trval několik dní.
Objevení vzácné „negativní bouře“
Tato událost odhalila vzácnou „negativní bouři“ v ionosféře, která výrazně zpomalila obnovovací schopnost atmosféry. Ionosféra, zóna atmosféry zhruba ve výškách od 60 do 1000 kilometrů, se ionizuje slunečními paprsky a ovlivňuje šíření rádiových vln, přičemž v ní se také projevují polární záře.
Data získaná prostřednictvím družice Araz v rámci výzkumného projektu vedeného doktorem Atsukim Shinburim z Nagojské univerzity poskytla cenné poznatky o tom, jak intenzivní sluneční aktivita narušuje satelity a signály globálních pozicovacích systémů (GPS) či komunikačních systémů. Tyto pozorování přinesly také první detailní pohled na dopad této události na plazmatické pokrytí Země, jež chrání planetu před nabitými částicemi v jejím okolí.
Působení slunečních bouří
Sluneční bouře jsou narušení povrchu Slunce, která vedou k emisím obrovských množství energie a nabitých částic do prostoru. Tyto bouře vznikají v důsledku změn v magnetickém poli Slunce a skládají se z slunečních erupcí a koronárních hmotných výronů. Když tyto materiály dosáhnou Země, mohou způsobit jevy jako polární záře a ovlivnit komunikaci či energetické systémy.
Podle oficiální zprávy z Nagojské univerzity byla sluneční geomagnetická bouře, která zasáhla Zemi od 10. do 11. května 2024 a jež dostala název „Ganon“, nejsilnějším takovýmto jevem za poslední více než dvě dekády a představuje jeden z nejextrémnějších projevů vesmírného počasí. Tyto bouře se obvykle vyskytují jednou za 20 až 25 let.
Shinburi v rozhovorech uvedl: „Během geomagnetické bouře se plazmatické pokrytí Země zmenšilo z 44 tisíc kilometrů na 9 tisíc 600 kilometrů během 9 hodin.“ Dále dodal: „Poté se plazmatická vrstva postupně vrátila k klidovému stavu, což trvalo více než 4 dny, což je mnohem déle než obvyklé trvání 77 geomagnetických bouří v období od 2017 do 2024.“
Sledování změn plazmatické vrstvy Země
V roce 2016 japonská agentura pro výzkum vesmíru (JAXA) vypustila družici Araz, která měla za úkol projít plazmatickou vrstvou Země a měřit plazmové vlny a magnetická pole. Během této silné bouře byl satelit na ideálním místě k zaznamenání intenzivního stlačení plazmatické vrstvy a následné pomalé obnovy. Bylo to poprvé, co vědci získali nepřetržitá a přímá data ukazující smrštění plazmatické vrstvy během silné bouře.
Shinburi uvedl: „Sledujeme změny v plazmatické vrstvě pomocí družice Araz a používali jsme pozemní přijímače k monitorování ionosféry, což je zdroj nabitých částic pro obnovu plazmatické vrstvy Země. Naše pozorování obou vrstev ukázala, jak výrazně se plazmatická vrstva smrskla a proč trvala tak dlouho na obnovu.“
Shinburi podrobně vyložil tento proces: „Družice Araz procházela ionosférou, plazmatickou vrstvou a vnitřním magnetickým polem během 10 hodin v době extrémní geomagnetické bouře, přičemž dokázala přesně měřit hustotu elektronů v plazmatické vrstvě.“
Dodal: „Na druhé straně jsme pomocí dat z globální technologie GNSS, což je systém pro měření ionosféry, shromáždili data z 9000 stanic po celém světě a během geomagnetické bouře jsme sledovali hustotu elektronů v ionosféře. Porovnáním těchto dat jsme byli schopni vidět změny v ionosféře a plazmatické vrstvě Země.“
Negativní bouře a jejich dopad na Zemi
Po zhruba hodině od příchodu silné sluneční bouře začaly nabité částice procházet horní atmosférou Země na vysokých zeměpisných šířkách a posunovaly se směrem k polárnímu krytu. Jak bouře slabla, začala plazmatická vrstva obnovovat dodání částic z ionosféry. Tento proces obnovení obvykle trvá pouze jeden nebo dva dny, avšak v tomto případě se prodloužil na čtyři dny kvůli jevu zvanému negativní bouře.
Během této bouře došlo k prudkému poklesu hladin částic v ionosféře na velkých plochách, kdy intenzivní zahřátí mění chemické složení atmosféry, což vede k poklesu kyslíkových iontů nezbytných pro tvorbu vodíkových molekul potřebných k obnově plazmatické vrstvy. Negativní bouře přitom nejsou viditelné a lze je zaznamenat pouze pomocí družic.
Shinburi se k této problematice vyjádřil: „Negativní bouře se vyznačuje dlouhodobým vyčerpáním hustoty elektronů v ionosféře v důsledku chemického interakce mezi nabitými a neutrálními částicemi v ionosférických výškách. Toto vyčerpání hustoty elektronů v ionosféře snížilo dodání nabitých částic do plazmatické vrstvy, což vedlo k pomalému uzdravování plazmatické vrstvy.“
Vesmírné počasí
Tato zjištění poskytují jasnější porozumění tomu, jak se plazmatické pokrytí mění během silné sluneční bouře a jak se energie pohybuje touto oblastí vesmíru. Mnohé satelity během této bouře zažily elektrické závady nebo přestaly posílat data, docházelo k poklesu přesnosti signálů GPS a k přerušení rádiové komunikace.
Podle studie je zásadní znát délku, po kterou plazmatická vrstva Země potřebuje k obnově z těchto narušení, aby bylo možné předpovídat budoucí vesmírné počasí a chránit technologie závislé na stabilních podmínkách v blízkosti Země.
Shinburi při této příležitosti prohlásil: „Vzhledem k prudkým změnám v ionosféře během geomagnetické bouře se chyby v polohování pomocí satelitů výrazně zvyšují.“ Dále dodal: „Je proto důležité tyto jevy předpovídat během geomagnetických bouří. Kromě toho je výskyt extrémních geomagnetických bouří velmi nízký (asi 4 %), ve srovnání s jinými bouřkovými událostmi. V budoucnu bychom měli pokračovat v komplexní analýze dat z pozemního a vesmírného sledování během extrémních geomagnetických bouří, abychom lépe pochopili fyzikální procesy polí a plazmatických prostředí v ionosféře.“
