Учёные Национального центра атмосферных исследований США (NSF NCAR) установили, что увеличение содержания углекислого газа в верхних слоях атмосферы изменит то, как геомагнитные бури воздействуют на Землю. Это может иметь серьёзные последствия для тысяч спутников, обеспечивающих связь, навигацию и национальную безопасность.
Геомагнитные бури возникают из-за выбросов заряженных частиц с поверхности Солнца. Они временно увеличивают плотность верхней атмосферы, что повышает сопротивление для спутников, снижает их скорость, изменяет орбиту и сокращает срок службы.
Как это работает?
Новая работа показала: в будущем, при тех же по силе геомагнитных бурях, плотность атмосферы будет ниже, чем сегодня. Причина в том, что базовый уровень плотности уменьшается из-за накопления CO₂. Однако относительное изменение — разница между нормальной и пиковой плотностью во время бури — окажется больше.
Иными словами, хотя сама атмосфера станет более «разреженной», всплески плотности во время бурь будут оказывать более сильное воздействие на спутники.
Почему атмосфера истончается?
В отличие от нижних слоёв атмосферы, которые нагреваются из-за парникового эффекта, верхняя атмосфера при росте концентрации CO₂ остывает. Это связано с тем, что углекислый газ на больших высотах не удерживает тепло, а, наоборот, излучает его в космос.
Ранее учёные уже прогнозировали уменьшение нейтральной плотности атмосферы (то есть содержания неионизированных частиц кислорода и азота). Но исследователи NSF NCAR вместе с японскими коллегами из Университета Кюсю уточнили вопрос: как изменится динамика плотности во время сильных геомагнитных бурь?
Моделирование будущего
Для анализа использовался суперкомпьютер Derecho и атмосферная модель Whole Atmosphere Community Climate Model. Она позволяет проследить, как изменения в нижних слоях атмосферы влияют на процессы на высоте до 700 километров.
В качестве «тестового события» учёные взяли супершторм 10–11 мая 2024 года и смоделировали его воздействие в прошлых условиях (2016 год) и в будущем — в 2040, 2061 и 2084 годах, когда ожидается минимум солнечной активности.
Результаты показали: к концу века пиковая плотность атмосферы во время аналогичного шторма может снизиться на 20–50%. Но при этом относительное увеличение плотности во время бури будет больше: если сегодня всплеск примерно удваивает показатели, то в будущем он может почти утроить их.
Почему это важно?
Для космической отрасли такие данные крайне важны. Спутники проектируются с учётом атмосферных условий, а ошибки в прогнозе могут стоить миллиардов долларов. Понимание того, как изменится космическая погода, помогает повысить надёжность навигационных и телекоммуникационных систем, а также снизить риски для национальной безопасности.
Учёные отмечают, что необходимо продолжить исследования: разные типы бурь и разные фазы 11-летнего солнечного цикла могут по-разному влиять на атмосферу.
Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.
