Иллюстрация влияния гамма-вспышки на ионосферу Земли в представлении художника / © ESA/ATG Europe; CC BY-SA 3.0 IGO

Ученые доказали, что одна из ярчайших гамма-вспышек в истории наблюдений, произошедшая в октябре 2022 года, повлияла как на нижнюю, так и на верхнюю часть ионосферы Земли — оболочки, защищающей нас от космического излучения.

Ионосфера — ионизированная солнечным и космическим излучением верхняя часть атмосферы Земли. Она начинается с высоты около 60 километров и играет большую роль в защите поверхности планеты от опасного излучения, в том числе от гамма-вспышек, прилетающих из глубин космоса.

Гамма-вспышки — одни из самых энергетических событий во Вселенной. Они бывают как короткими, так и продолжительными, возникают при гибели массивных звезд и слиянии нейтронных звезд.

Один такой чрезвычайно яркий и продолжительный гамма-всплекс — GRB221009A — «долетел» до Земли 9 октября 2022 года. Он продлился сотни секунд и был признан одним из самых ярких гамма-всплесков за полвека наблюдений. Астрономы сразу заметили возмущение в нижних слоях ионосферы, спровоцированное вспышкой, на высоте от 60 до 350 километров.

В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, ученые привели доказательства сильного возмущения и в верхних слоях ионосферы — на высоте 507 километров. Возмущение уловил детектор электрических полей, установленный на китайском сейсмо-электромагнитном спутнике (CSES), который во время вспышки пролетал по низкой околоземной орбите с севера на юг над территорией Европы.

График плотности электронов над Европой во время вспышки по данным спутника CSES (слева). Траектория полета спутника (синия линия), область, где детектор среагировал на возмущение ионосферы (зеленая линия). Красной точкой обозначена точка «зенита» гамма-вспышки GRB221009A, серым — область планеты, «освещенная» той гамма-вспышкой (справа) / © Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-023-42551-5

Полученные со спутника даные говорят об аномальной ионизации ионосферы. Обычно подобные возмущения — результат вспышек на Солнце и других событий, связанных с активностью светила. Авторы нового исследования выдвинули гипотезу, что настолько мощное возмущение электрического поля ионосферы на высоте 507 километров спровоцировано лишь изменением плотности плазмы из-за ионизирующего эффекта гамма-всплеска.

Чтобы проверить эту версию, исследователи изучили распределение плотности электронов в ионосфере над Европой по данным системы спутников GNSS и построили аналитическую модель влияния гамма-всплесков на электрические поля верхних слоев ионосферы.

Выяснилось, что гамма-вспышки не оказывают значительного влияния до пересечения определенного порога в соотношении скорости появления новых ионов под влиянием вспышки к естественной скорости поглощения этих ионов в ионосфере. И это подтверждает выдвинутую ранее гипотезу о том, что взаимодействие гамма-вспышек и верхних слоев атмосферы — пороговый процесс.

На протяжении последних десяти лет специализированные спутники «ловят» в среднем одну гамма-вспышку в день, но крайне редко вследствие таких всплесков возникают возмущения в ионосфере — и ни разу эти возмущения не замечали в верхних слоях ионосферы.

Необычность нового открытия в том, что до сих пор считалось, будто так сильно возмущать ионосферу могут только события на Солнце. То, что гамма-вспышки, чьи источники могут лежать в миллионах световых лет от нас, способны серьезно влиять на Землю, достаточно неожиданно. Поскольку сила гамма-вспышек часто значительно различается, не исключено, что самые сильные из них способны еще серьезнее воздействовать на земную атмосферу.

источник