Кровавое небо над Японией: редкое красное полярное сияние бросает вызов учёным

Редкое багровое полярное сияние, сиявшее над северной Японией, может быть признаком того, что некоторые солнечные бури гораздо мощнее, чем полагали учёные.

Исследователи, изучавшие слабые красные авроры, наблюдавшиеся над Японией в июне 2024 года, обнаружили, что эти явления простирались в атмосферу Земли гораздо выше, чем ожидалось. Согласно заявлению Университета Хоккайдо, они достигли высот от 500 до 800 километров — что необычайно много для бури, которая не считалась особенно сильной по стандартным геомагнитным индексам.

Это открытие показывает, что даже «умеренно интенсивные» геомагнитные бури — возмущения магнитного поля Земли, вызванные заряженными частицами и магнитной энергией Солнца — могут нести гораздо больше энергии, чем предполагалось ранее. Это бросает вызов пониманию учёными того, как развиваются эти космические явления и как измеряется их сила.

«Я был очень удивлён, потому что не ожидал увидеть такие высокие авроры даже во время умеренно интенсивных бурь», — заявил в пресс-релизе Томохиро М. Накаяма, ведущий автор исследования. «Это говорит о том, что такие бури на самом деле могут быть сильнее, чем показывают обычные индексы».

Обычно полярные сияния видны вблизи полюсов как яркие мерцающие огни, возникающие при столкновении заряженных частиц Солнца с газами в верхних слоях атмосферы. Когда они появляются дальше на юге, например, в Японии, они обычно связаны с сильными геомагнитными бурями и происходят на более низких высотах — около 200-400 километров.

Необычные авроры были сфотографированы над Хоккайдо, где наблюдатели зафиксировали диффузное красное свечение, висящее низко над горизонтом. В отличие от ярких зелёных занавесей, обычно ассоциирующихся с северным сиянием, эти явления выглядели как мягкие багровые вуали, разлитые по ночному небу.

Контраст объясняется тем, что разные газы — и разные высоты — дают разные цвета. Зелёные авроры (самый распространённый тип) возникают, когда энергичные частицы возбуждают атомы кислорода на высоте 100-250 километров. Красные авроры тоже происходят от кислорода, но гораздо выше, где воздух предельно разрежен, и атомы кислорода могут излучать тусклое красное свечение, прежде чем столкнуться с другими частицами. Синие и фиолетовые авроры обычно связаны с молекулами азота.

Красные авроры обычно тусклы и возникают на очень большой высоте, поэтому их видят реже, чем зелёные. Их также чаще связывают с особо сильными бурями, способными вытолкнуть авроральную активность дальше от полюсов. Более того, Япония находится гораздо южнее регионов, где обычно видны сияния. Хотя мощные бури иногда сдвигают авроральный овал к низким широтам, учёные не ожидали столь обширных высокоширотных красных выбросов во время бури, классифицированной лишь как умеренная.

Команда проанализировала пять авроральных событий, зафиксированных с июня 2024 по март 2025 года, объединив наблюдения с Хоккайдо со спутниковыми данными и фотографиями, сделанными учёными-любителями по всей Японии. Измеряя углы возвышения аврор на снимках и отслеживая их вдоль линий магнитного поля Земли, исследователи реконструировали высоту светящихся структур. Их анализ показывает, что необычно плотный солнечный ветер — потоки заряженных частиц от Солнца — мог вызвать редкие багровые авроры даже без официально «экстремальной» бури.

Открытие японских учёных — это не просто красивая картинка для утренних новостей. Оно имеет сугубо практическое, и отчасти пугающее, значение для всего современного технологического мира. Мы привыкли полагаться на шкалы геомагнитной активности (например, Kp-индекс), которые сообщают нам: «буря средней силы — ничего страшного». Но сияние над Хоккайдо, раскинувшееся на высоте, где летают спутники на низкой околоземной орбите, говорит об обратном. Если умеренная буря способна «задеть» орбиту на высоте 800 километров, то значит, наши модели космической погоды нуждаются в срочной перекалибровке.

Почему это важно? Потому что именно на высотах от 300 до 800 километров работает огромное количество спутников: от спутников связи Starlink до метеорологических аппаратов и GPS-навигаторов. Когда солнечные частицы бомбардируют атмосферу на этих уровнях, воздух нагревается и расширяется, создавая дополнительное аэродинамическое сопротивление для спутников. А если плотность солнечного ветра (как в случае с красными аврорами) оказывается аномально высокой даже при «средней» по индексам буре, спутники могут начать неконтролируемо терять высоту.

Исследование, опубликованное 19 мая в Journal of Space Weather and Space Climate, совпало с пиком 25-го солнечного цикла. Сейчас Солнце находится в состоянии максимальной активности, и уже в мае 2024 года мы стали свидетелями одной из сильнейших бурь за десятилетия, которая «поджарила» половину земного шара полярными сияниями. Но если раньше учёные успокаивали общественность тем, что экстремальные бури случаются раз в 50-100 лет, то теперь выясняется: «умеренные» бури, которые происходят куда чаще, могут нести скрытый потенциал для космического шторма.

Возможно, именно плотность солнечного ветра — та самая забытая переменная, на которую мы не обращали внимания. Как показал анализ команды Накаямы, именно сверхплотные потоки заряженных частиц способны вызвать мощнейшие красные авроры, даже если другие параметры бури выглядят скромно. Это всё равно, что автомобиль, который едет с умеренной скоростью, но весит как грузовик — и его удар будет сокрушительным.

Для Японии, которая лежит на широтах, где сияния обычно не ждут, красное небо стало и эстетическим чудом, и тревожным звонком. Теперь перед физиками стоит задача пересмотреть классификацию геомагнитных возмущений, добавив в неё параметр плотности солнечного ветра. А перед инженерами, проектирующими спутники — задача строить аппараты, способные выдерживать нагрев на непредвиденно высоких орбитах. «Поскольку количество спутников на низкой околоземной орбите продолжает расти, понимание этих эффектов становится критически важным», — резюмирует Накаяма. И с этим трудно не согласиться: космическая погода перестаёт быть просто красивым зрелищем и становится фактором национальной безопасности.