Изменения в атмосфере Земли угрожают будущей работе спутников: исследование

В отличие от нижних слоев атмосферы, которые нагреваются за счет выбросов углекислого газа, верхние слои становятся холоднее. Это связано с разным воздействием углекислого газа: вместо того чтобы поглощать и отдавать тепло близлежащим молекулам в относительно плотном воздухе вблизи поверхности Земли, он, наоборот, способствует их охлаждению, выбрасывая энергию в космос. Это приводит к снижению нейтральной плотности атмосферы – концентрации неионизированных частиц, таких как кислород и азот.

Специалисты из Национального центра атмосферных исследований США (NSF NCAR) использовали компьютерную модель, чтобы сравнить, как атмосфера реагирует на геомагнитные бури сейчас и как будет реагировать в будущем. Они воссоздали мощную геомагнитную бурю, которая прошла 10–11 мая 2024 года и спровоцировала серию мощных солнечных вспышек, направленных на Землю. Исследователи проанализировали, как атмосфера отреагировала бы на один и тот же шторм в трех временных точках: 2016 году (как контрольный пример), а также 2040, 2061 и 2084 годах – периодах минимальной солнечной активности в рамках 11-летнего цикла. 

Оказалось, что к концу XXI века плотность верхних слоев во время солнечных вспышек снизится на 20–50%, чем при аналогичных событиях сегодня. При этом, относительное увеличение плотности атмосферы (разница между обычным состоянием и пиком бури) станет более резким. Если сейчас сильный геомагнитный шторм может повысить этот показатель более чем в два раза, то в будущем он вырастет в 3 раза. Это объясняется тем, что один и тот же шторм окажет пропорционально большее воздействие на менее плотную атмосферу.

«Способ, которым солнечная энергия воздействует на атмосферу, в будущем изменится, потому что изменится фоновая плотность атмосферы», — поясняет ведущий автор исследования Николас Педателла. Это создаст новые риски для спутников, которым придется компенсировать не только возросшее атмосферное сопротивление, но и его непредсказуемые колебания. По словам ученого, это особенно важно учитывать производителям космических аппаратов, поскольку их придется проектировать с учетом новых условий.

Исследователи отмечают необходимость дополнительных исследований, в том числе анализа разных типов геомагнитных бурь и их последствий на различных фазах солнечного цикла. «Теперь у нас есть возможность с помощью наших моделей исследовать очень сложные взаимосвязи между нижними и верхними слоями атмосферы. Очень важно знать, как будут происходить эти изменения, потому что они имеют важные последствия для нашей атмосферы», — заключил Педателла.

Пик текущего 11-летнего цикла солнечной активности прошел в октябре 2024 года, однако его отголоски, по прогнозам ученых, будут наблюдаться вплоть до 2030 года. Чем это грозит людям, рассказали в материале.