У травні 2024 року Сонце вивергнуло найпотужніший шторм за понад два десятиліття. На Землі це видовище запам'яталося полярними сяйвами, які бачили аж у Мексиці. Але той самий потік частинок покотився далі Сонячною системою і за лічені години дістався Марса. Два апарати Європейського космічного агентства опинилися саме там, де треба, і саме тоді, коли треба — тож змогли зафіксувати подію в деталях, які раніше були недоступні. Результати дослідження опубліковані в Nature Communications.
Головні свідки — орбітальні станції Mars Express та ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). Обидва апарати вже роками працюють навколо Червоної планети, але саме цей шторм дав їм привід застосувати новий вимірювальний прийом і показати, наскільки вразлива марсіанська атмосфера перед сонячною активністю.
Три хвилі одного шторму
Подія 20 травня 2024 року складалася не з одного удару, а з трьох послідовних явищ. Спочатку — спалах радіації, потім потік високоенергетичних частинок, і нарешті корональний викид маси — величезна хмара намагніченої плазми, викинута із зовнішніх шарів Сонця. Разом вони обрушили на верхню атмосферу Марса потік швидких заряджених частинок і рентгенівського випромінювання.
Ці частинки зіштовхувалися з нейтральними атомами марсіанської атмосфери і зривали з них електрони, наповнюючи іоносферу (верхній заряджений шар атмосфери) надлишком вільних електронів. На висоті 110 км їхня кількість зросла на 45%, а на висоті 130 км — на 278%. Дослідники наголошують: такої концентрації електронів на Марсі не фіксували ніколи.
Вплив був разючим: верхню атмосферу Марса затопило електронами. Це найбільша реакція на сонячний шторм, яку ми коли-небудь бачили на МарсіДжейкоб Парротт, дослідник ESA, головний автор дослідження
Радіосигнал крізь атмосферу планети
Щоб виміряти це, науковці вперше застосували на Марсі техніку радіооккультації між двома апаратами одразу після сонячного спалаху. Суть методу проста: Mars Express надіслав радіосигнал до TGO саме в момент, коли той зникав за горизонтом планети. Проходячи крізь шари атмосфери, сигнал заломлювався — і за характером цього заломлення можна відновити властивості кожного шару, зокрема концентрацію електронів.
Такий підхід десятиліттями використовували для дослідження планет, але сигнал зазвичай надсилали з апарата на Землю. Лише останні приблизно п'ять років його почали застосовувати між двома апаратами безпосередньо біля Марса. Дослідники також звірили отримані дані зі спостереженнями місії NASA MAVEN, щоб підтвердити результати.
Точність спрацювання зіграла свою роль: спостереження провели вже за 10 хвилин після того, як великий спалах досяг Марса. Оскільки такі виміри проводять лише двічі на тиждень, збіг у часі назвали справжньою удачею.
Збої в комп'ютерах і доза за 64 години
Потужний потік частинок не оминув і самі апарати. Шторм спричинив комп'ютерні збої на борту як Mars Express, так і TGO — типовий ризик космічної погоди, адже енергійні частинки важко передбачити. Проте обидва орбітальні апарати відновили роботу швидко, бо їх спроєктовано з радіаційно стійких компонентів і зі спеціальними системами виявлення й виправлення таких помилок.
Радіаційний монітор на борту TGO зафіксував дозу, еквівалентну 200 «звичайним» дням опромінення — і все це вклалося у 64 години. Цифра дає уявлення про те, наскільки інтенсивним був потік випромінювання під час шторму порівняно зі звичним фоном.
Чому Марс беззахисний
На Землі магнітне поле значною мірою пом'якшило удар: воно відхилило частину частинок від планети, а решту спрямувало до полюсів, де вони й породили полярні сяйва. У Марса такого щита немає — власного глобального магнітного поля планета позбулася мільярди років тому. Тому шторм ударив по її атмосфері практично без перешкод.
Це не просто цікавий контраст. Саме безперервна дія сонячного вітру вважається головним поясненням того, чому Марс з часом втратив більшу частину своєї атмосфери і води. Дослідники зазначають: щільна іоносфера, перевантажена електронами, впливає й на те, як крізь атмосферу проходять радіосигнали — а це важливо для майбутніх місій, що досліджують поверхню планети за допомогою радара.
Найближчими роками космічну погоду вивчатимуть й інші місії ESA. Апарат Solar Orbiter вже стежить за Сонцем зблизька, навесні 2026 року до нього приєднається місія Smile для дослідження реакції земного магнітного поля на сонячний вітер, а в 2031 році запустять Vigil — місію, що відстежуватиме небезпечну сонячну активність у режимі, наближеному до реального часу.
