Ученые Центра космических полетов имени Годдарда НАСА обнаружили, что геомагнитные токи, вызванные лобовыми ударами волн солнечного ветра по магнитному полю Земли, могут быть опасными для критически важной инфраструктуры. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.
Полярные сияния и геомагнитно-индуцированные токи, протекающие в поверхностных слоях атмосферы, вызываются схожими факторами космической погоды. При воздействии межпланетных ударных волн — возмущений в солнечном ветре — в магнитосфере Земли возникают геомагнитные возмущения. Нарушенные электрические токи в системе магнитосфера-ионосфера вызывают наземные геомагнитно-индуцированные токи, которые влияют на искусственные проводники, включая линии электропередачи, нефте- и газопроводы, железные дороги и подводные кабели.
Полярное сияние является визуальным предупреждением, указывающим на то, что нарушенные электрические токи в ближнем космосе и ионосфере генерируют геомагнитно-индуцированные токи. Во время особо сильных геомагнитных бурь, способных принести значительный ущерб, авроральная область может значительно расширяться, опускаясь с более высоких широт в 70 градусов до 40 градусов и даже ниже.
Ученые проанализировали базу данных межпланетных ударных волн и сопоставили ее с показаниями геомагнитно-индуцированных токов, измеренных на газопроводе в Мянтсяля (Финляндия). Для расчета свойств этих ударов, таких как угол и скорость, были использованы данные о межпланетном магнитном поле и солнечном ветре. Удары были разделены на три группы: сильно наклоненные, с умеренным наклоном и почти фронтальные.
Они обнаружили, что лобовые удары вызывают более высокие пики в геомагнитно-индуцированных токах как сразу после толчка, так и во время последующей суббури. Интенсивные пики происходили около магнитной полуночи, когда Северный полюс находился на линии между Солнцем и Мянтсяля. Локализованные суббури в это время также вызывают яркие полярные сияния.
Ученые также установили, что углы межпланетных ударных волн можно предсказать за два часа до столкновения. Эта информация позволит установить защиту для электросетей и другой уязвимой инфраструктуры до того, как произойдут самые сильные удары.
Несмотря на это, не было обнаружено выраженной корреляции между углом удара и временем, которое требуется для того, чтобы он вызвал ток. Это может указывать на необходимость сбора дополнительных данных о токах на разных широтах для получения более полной картины.