Гамма-вспышка смогла изменить ионосферу Земли

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.

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.