Загадка Южно-Атлантической Аномалии: новые данные со спутников Swarm

На основе 11 лет измерений магнитного поля, проведенных созвездием спутников Европейского космического агентства (ЕКА) Swarm, ученые сделали важное открытие. Слабый участок магнитного поля Земли над Южной Атлантикой, известный как Южно-Атлантическая Аномалия (ЮАА), с 2014 года расширился на площадь, почти равную половине территории континентальной Европы.

Магнитное поле Земли — это сложная и динамичная сила, жизненно важная для всего живого на нашей планете. Оно служит щитом, защищающим нас от космической радиации и заряженных частиц Солнца. Его основным источником является глобальный океан бурлящего жидкого железа во внешнем ядре, расположенном на глубине около 3000 км под нашими ногами. Как вращающийся проводник в динамо-машине, он создает электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют наше постоянно меняющееся электромагнитное поле.

Миссия Swarm, разработанная в рамках программы ЕКА FutureEO, состоит из трех идентичных спутников. Они с высочайшей точностью измеряют магнитные сигналы, исходящие от ядра, мантии, земной коры и океанов Земли, а также от ионосферы и магнитосферы. Благодаря этим уникальным данным ученые получают новое представление о различных источниках земного магнетизма, чтобы понять, почему в некоторых регионах поле ослабевает, а в других — усиливается.

Южно-Атлантическая Аномалия, впервые обнаруженная еще в XIX веке к юго-востоку от Южной Америки, сегодня представляет особый интерес для безопасности в космосе. Спутники, пролетающие над этим регионом, получают повышенные дозы радиации, что может приводить к сбоям в работе критически важного оборудования, его повреждениям и даже полному отказу систем.

Новые результаты миссии Swarm, опубликованные в журнале «Physics of the Earth and Planetary Interiors», показывают, что, хотя ЮАА стабильно расширялась в период с 2014 по 2025 год, в области Атлантического океана к юго-западу от Африки с 2020 года наблюдается еще более быстрое ослабление магнитного поля.

«Южно-Атлантическая Аномалия — это не монолитный объект, — поясняет ведущий автор исследования, профессор геомагнетизма Технического университета Дании Крис Финлей. — Со стороны Африки она изменяется иначе, чем near Южной Америки. В этом регионе происходит нечто особенное, что вызывает более интенсивное ослабление поля».

Это поведение связано со странными структурами магнитного поля на границе между жидким внешним ядром Земли и каменной мантией, известными как «обратные flux-пятна» (reverse flux patches).

«В норме в южном полушарии мы ожидаем увидеть силовые линии магнитного поля, выходящие из ядра, — объясняет профессор Финлей. — Но под Южно-Атлантической Аномалией мы видим неожиданные области, где поле, вместо того чтобы выходить, возвращается обратно в ядро. Благодаря данным Swarm мы можем наблюдать, как одна из таких областей смещается на запад, в сторону Африки, что и способствует ослаблению аномалии в этом регионе».

Рекордные 11 лет миссии Swarm и другие изменения

Последняя модель магнитного поля, генерируемого ядром, знаменует собой новую веху для спутников Swarm, которые теперь обеспечивают самую длительную непрерывную запись измерений магнитного поля из космоса.

Пока ЮАА ослабевает, в других частях света поле демонстрирует противоположную динамику. Например, в Северном полушарии существуют две основные области сильного магнитного поля: одна над Канадой, а другая — над Сибирью.

«Когда вы пытаетесь понять магнитное поле Земли, важно помнить, что это не простой диполь, как у стержневого магнита. Только благодаря таким спутникам, как Swarm, мы можем полностью картировать эту сложную структуру и наблюдать за ее изменениями», — отметил профессор Финлей.

С момента запуска Swarm магнитное поле над Сибирью усилилось, в то время как над Канадой оно ослабело. Область сильного поля в Канаде сократилась на 0,65% от площади поверхности Земли (что почти равно размеру Индии), тогда как Сибирский регион, напротив, вырос на 0,42% (что сравнимо с площадью Гренландии). Этот сдвиг, вызванный сложными процессами в турбулентном ядре Земли, связан с недавним перемещением Северного магнитного полюса в сторону Сибири, что имеет важное значение для систем навигации.

«Это действительно удивительно — видеть всю картину нашей динамичной Земли благодаря расширенному временному ряду данных со Swarm, — сказала менеджер миссии Swarm в ЕКА Аня Стрёмме. — Все спутники исправны и предоставляют превосходные данные, так что мы надеемся продолжить эту запись и после 2030 года, когда солнечный минимум позволит получить еще больше беспрецедентных знаний о нашей планете».

Что ждет в будущем?

Ученые продолжают внимательно следить за ЮАА, используя все более сложные модели, чтобы попытаться спрогнозировать ее дальнейшую эволюцию. Открытый вопрос заключается в том, является ли нынешнее ослабление предвестником глобального переворота магнитных полюсов — события, которое в истории Земли происходило много раз. Хотя такой сценарий маловероятен в ближайшем будущем, он подчеркивает важность таких долгосрочных миссий, как Swarm, для понимания самых глубоких и загадочных процессов, происходящих в недрах нашей планеты.