Ionosfäärin happi hallitsee supergeomagneettista myrskyä

Kuvittele avaruusmyrsky, jossa yllättävä pahis on pään päällä oleva ilma. Outoa, mutta totta: uudet havainnot osoittavat, että erään merkittävimmistä koskaan mitatuista geomagneettisista myrskyistä aikana suurin osa energisista ioneista, jotka pörräsivät Maan lähipuolella, ei saapunut syvästä avaruudesta, vaan ne tulivat omasta ionosfääristämme.

Arase-satelliitin parissa työskentelevät tutkijat tallensivat tapahtuman poikkeuksellisen yksityiskohtaisesti. Tiimi raportoi lähes samanaikaiset mittaukset rengasvirran ioneista ja saapuvasta aurinkotuulesta myrskyn aikana, ja luvut olivat hämmästyttäviä. Arviolta 85 % havaituista rengasvirran ioneista oli happea, joka oli peräisin Maan ionosfääristä. Tämä siirtää huomion Auringosta planeetalle itselleen.

Kaavakuva rengasvirran ioneista iltapuolella toukokuun 2024 supergeomagneettisen myrskyn huipulla, kuvattuna Auringon näkökulmasta. 

Myrskyn huipulla Arase rekisteröi dramaattisen 40 %:n laskun magneettikentän voimakkuudessa noin 16 000 kilometrin korkeudella Maan pinnasta. Tämä romahdus tapahtui lähempänä planeettaa kuin vastaavat laskut aiemmissa myrskyissä. Lyhyt lause. Suuri ero.

Samoilla avaruusalueilla korkeaenergiset elektronit katosivat lähes yhtä nopeasti kuin magneettikenttä heikkeni. Kun varattujen hiukkasten ympärillä oleva magneettinen häkki heikkenee, niiden järjestäytynyt vaellus voi hajota ja ne voivat paeta uusille reiteille. Päästikö vääntynyt kenttä suoraan niistä eroon? Yhteys on todennäköinen, mutta tutkijoiden mukaan kausaalinen ketju ei ole vielä todistettu.

Miksi tämä on tärkeää tieteellisen uteliaisuuden tyydyttämistä laajemmin? Siksi, että avaruussääennusteemme perustuvat pitkälti aurinkotuulen käyttäytymiseen. Jos ilmakehä voi ruiskuttaa suuria määriä raskaita ioneja, tässä tapauksessa happea, magnetosfääriin ja muuttaa itse magneettista ympäristöä, mallit jotka sivuuttavat maaperäiset panokset jäävät paitsi yhdestä keskeisestä palasta. Ennusteissa saatetaan joutua huomioimaan ilmakehän rooli sekä lähteenä että myrskyn dynamiikan muovaajana.

Japanin Arase-satelliitti laukesi joulukuussa 2016. Alus kiersi yli seitsemän vuoden ajan ennen kuin toukokuun 2024 supergeomagneettinen myrsky lopulta tarjosi mahdollisuuden mitata rengasvirran koostumusta suoraan. 

Nämä havainnot antavat myös pontta FACTORSille, ehdotetulle kaksisatelliittihankkeelle, jota JAXA harkitsee. FACTORS pyrkii seuraamaan, miten ionit pääsevät yläilmakehästä karkuun ja ruokkivat rengasvirtaa, tarjoten täydellisemmän kuvan siitä, miten myrskyt kasvavat ja kuinka vakaviksi ne voivat muodostua. Paremmat havainnot voisivat tarkoittaa parempia varoituksia satelliiteille, sähköverkoille ja navigointijärjestelmille.

Johtopäätös on yksinkertainen ja hieman nöyräävä: joskus Maan lähiavaruuden kovimmat vaikuttajat eivät ole Auringosta tulleita vieraita vaan pään päällä kiertävä happi ja hiukkaset, ja tutkijat ovat vasta alkaneet oppia, kuinka vaikutusvaltaista tuo tuttu ilma voi olla.