Под северным сиянием: объяснение истощения озонового слоя в мезосфере

В геокосмической сфере спутник Arase наблюдает хоровые волны и энергичные электроны, в то время как на Земле EISCAT и оптические инструменты наблюдают пульсирующие полярные сияния и высыпание электронов в мезосфере. Предоставлено: научная группа ERG.

Теперь группа ученых во главе с профессором Йошизуми Миёси из Университета Нагоя, Япония, наблюдала, анализировала и лучше понимала это явление.

В магнитосфере Земли — области магнитного поля вокруг Земли — электроны от Солнца остаются в ловушке. Взаимодействие между электронами и плазменными волнами может привести к тому, что захваченные электроны вырвутся и войдут в верхнюю атмосферу Земли (термосферу). Это явление, называемое высыпанием электронов, является причиной полярных сияний. Но недавние исследования показывают, что это также отвечает за локальное истощение озонового слоя в мезосфере (ниже термосферы) и может оказывать определенное влияние на наш климат.

Более того, истощение озонового слоя в мезосфере может происходить именно во время полярных сияний. И хотя ученые изучали высыпание электронов в связи с полярными сияниями, никто не смог достаточно объяснить, как оно вызывает истощение мезосферного озона.

Профессор Миёси и его команда воспользовались возможностью изменить это повествование во время умеренной геомагнитной бури над Скандинавским полуостровом в 2017 году. Они направили свои наблюдения на «пульсирующие полярные сияния» (ПсА), тип слабого полярного сияния. Их наблюдения стали возможны благодаря скоординированным экспериментам с Европейским радаром некогерентного рассеяния (EISCAT) (на высоте от 60 до 120 км, где происходит ПсА), японским космическим кораблем Arase и сетью камер всего неба.

Данные Arase показали, что захваченные электроны в магнитосфере Земли имеют широкий диапазон энергий. Это также указывало на присутствие хорус-волн, типа электромагнитной плазменной волны в этой области пространства.

Компьютерное моделирование затем показало, что Аразе наблюдал плазменные волны, вызывающие высыпание этих электронов в широком диапазоне энергий, что согласуется с наблюдениями EISCAT в термосфере Земли.

Анализ данных EISCAT показал, что электроны в широком диапазоне энергий, от нескольких кэВ (килоэлектронвольт) до МэВ (мегаэлектронвольт), выпадают в осадок, вызывая ПсА. Эти электроны несут достаточно энергии, чтобы проникнуть в нашу атмосферу ниже 100 км, до высоты ~ 60 км, где находится мезосферный озон. Фактически, компьютерное моделирование с использованием данных EISCAT показало, что эти электроны сразу же истощают локальный озон в мезосфере (более чем на 10%) при попадании на него.

Проф. Миёси объясняет: «ПсА происходят почти ежедневно, распространяются на больших территориях и длятся часами. Следовательно, истощение озонового слоя в результате этих событий может быть значительным ». Говоря о важности этих открытий, профессор Миёси продолжает:

«Это всего лишь тематическое исследование. Необходимы дальнейшие статистические исследования, чтобы подтвердить, насколько сильно разрушение озона происходит в средней атмосфере из-за высыпания электронов. В конце концов, влияние этого явления на климат потенциально может повлиять на современную жизнь ».