Мощные солнечные штормы могут изменить осадки в некоторых частях Северной Америки

Существует множество закономерностей в природе, и некоторые из них легко заметить. Даже дети могут увидеть, что дождь идет только тогда, когда есть облака. Но некоторые закономерности природы гораздо труднее различить, и только после сбора данных на протяжении десятилетий они начинают проявляться.

Эффект, который солнечные штормы оказывают на погоду, является одним из таких. Он почти незаметен. Но новые исследования, основанные на десятилетиях данных, показывают, что мощные штормы Солнца могут влиять на осадки в тот же день, когда они достигают Земли.

Исследование называется "Региональные и сезонные эффекты геомагнитных штормов на земную погоду" и опубликовано в журнале Geophysical Research Letters. Единственный автор — Йоахим Редер, профессор физики в Университете Нью-Гэмпшира.

"Долгое время оставалось загадкой, почему небольшие изменения общей солнечной иррадиации оказывают значительное влияние на климат Земли", — пишет Редер. "Исследования корреляции солнечного цикла в изобилии, но не могут окончательно указать на жизнеспособный физический механизм." Общая солнечная иррадиация — это мера того, сколько солнечной энергии получает единица площади — обычно квадратный метр — на верхней границе атмосферы Земли. Иногда это называют солнечной постоянной.

В этом исследовании Редер использовал 67 лет данных, чтобы прийти к своему выводу. Данные получены из часового индекса Disturbance storm time (Dst) и атмосферных данных ERA5 для Северной Америки.

Индекс Dst измеряет, насколько сильна кольцевая токовая система Земли, которая создает магнитное поле, противоположное магнитному полю Земли. Когда солнечный шторм ударяет, Dst имеет отрицательное значение, показывая, что магнитное поле Земли ослаблено.

ERA5 — это почасовые данные о глобальном климате и погоде Земли, которые охватывают десятилетия, начиная с 1940 года. "ERA5 предоставляет почасовые оценки для большого количества атмосферных, океанских и наземных параметров," — говорится на их сайте. Любители климатических данных определенно захотят ознакомиться с ним.

"В этом исследовании представлены доказательства того, что солнечные и геомагнитные штормы, которые обычно длятся всего около одного дня, оказывают значительное и немедленное влияние на погодные условия," — пишет Редер в своем исследовании. Эти воздействия происходят в течение дня после шторма.

Результат — заметное снижение осадков, как дождя, так и снега, после солнечных штормов. Более того, штормы, которые происходят летом и зимой, оказывают более мощное подавляющее воздействие на осадки, чем те, что происходят осенью и весной. Редер утверждает, что закономерности в данных неоспоримы.

"Мы давно понимаем, что солнце влияет на нашу атмосферу в течение своего примерно 11-летнего цикла — это тонко, но это есть," — сказал Редер в пресс-релизе. "Что волнительно, так это то, что мы теперь видим гораздо более сильное, краткосрочное воздействие — происходящее в течение одного дня после солнечного шторма."

Точный механизм, стоящий за этим, все еще не понятен. В глобальной климатической системе Земли работает множество факторов, включая солнечные штормы и их эффекты. Это динамическая, многоуровневая система, где причины и следствия переплетены друг с другом, как Гордиев узел.

Но одна из возможностей, по словам Редера, связана с Полярным вихрем. Это как крышка холодного воздуха, которая находится над полюсами Земли. Обычно быстрые ветры окружают его и удерживают холодный воздух на месте. Но когда эти окружающие ветры ослабевают, холодный воздух освобождается и движется на юг. Это явление отвечает за то, что мы называем холодными волнами.

В этом случае, когда солнечный всплеск ударяет по Земле, электромагнитная энергия может проникать в атмосферу Земли через полярный вихрь. Для Редера, среди множества гипотез, которые могут объяснить причинно-следственную связь между солнечными штормами и снижением осадков, это наиболее вероятная. Но это еще не доказано.

Менее вероятно, что это связано с эффектами космических лучей. Хорошо известно, что солнце может модулировать эффекты космических лучей. Когда солнечный ветер наиболее силен, он затрудняет попадание космических лучей от таких объектов, как далекие сверхновые, на Землю. Может существовать связь между космическими лучами и образованием облаков, где они генерируют облака, которые охлаждают Землю. Однако эта связь между космическими лучами и облаками все еще является предметом споров, что еще раз подчеркивает, насколько сложна вся система.

Что трудно понять до сих пор, так это географические ограничения для этих сниженных эффектов осадков. Они наблюдаются в регионе залива Гудзона в Канаде и над Скалистыми горами на западе США. Работа Редера охватывает только Северную Америку, но предыдущие аналогичные исследования, охватывающие Евразию, выявили ту же корреляцию между солнечными штормами и осадками. "Эти исследования имеют общие черты с моими результатами, что крупнейшие аномалии происходят зимой в северном полушарии, и что они также показывают региональные различия на континентальном уровне," — пишет Редер.

Часть научного пути человечества — это растущее понимание того, насколько сложна и детализирована наша планета, и как ее системы взаимодействуют, вместе с Солнцем, чтобы генерировать климат и погоду. В этом участвует множество переменных, и кажется вероятным, что они все влияют друг на друга хотя бы в малой степени, хотя многие из этих взаимосвязей крайне трудно распутать.

"Эти результаты предлагают новые идеи о физических механизмах, которые могут вызывать изменения погоды в ответ на солнечную активность," — пишет Редер. Он также объясняет, что результаты ставят перед нашими климатическими и погодными моделями задачу. На данный момент они не могут учитывать влияние солнечных и геомагнитных штормов на погоду Земли.

На данный момент нет ясного объяснения этих находок, как и в других подобных исследованиях.

"Как и многие другие исследования на ту же тему, я не могу предоставить окончательный ответ, но мои результаты сужают список возможных физических процессов и, в частности, ставят перед атмосферными моделями задачу воспроизвести эти солнечные эффекты на погоду," — сказал Редер.