العاصفة المغناطيسية الأرضية هي حدث شديد الطقس الفضائي يحدث عندما تقذف الشمس كميات هائلة من الطاقة والجسيمات المشحونة نحو الأرض. مثل هذه الأحداث نادرة – مرة واحدة كل 20-25 عامًا تقريبًا. في الفترة من 10 إلى 11 مايو 2024، تمت تغطية الأرض أقوى عاصفة خارقة على مدار عقدين من الزمن، أُطلق عليها اسم “عاصفة غانون”، أو “عاصفة عيد الأم”.

أعطى التوهج القوي للعلم فرصة لا تقدر بثمن للتعمق أكثر في دراسة العمليات الدقيقة في قلب الطقس الفضائي – وكمية هائلة من البيانات التي لا تزال تتم معالجتها حتى يومنا هذا. دراسة أخرى أجريت في جامعة ناغويا، نشرت في المجلة الأرض والكواكب والفضاء. وأظهرت نتائجه كيف يتفاعل الغلاف البلازمي والغلاف الأيوني للأرض مع أقوى الاضطرابات الشمسية.

في الوقت المناسب في المكان المناسب

أصبحت البيانات الواردة من القمر الصناعي الياباني Arase مصدرًا للتحليل. وهو يدور داخل الغلاف البلازمي ويقيس موجات البلازما والمجال المغناطيسي. خلال العاصفة الفائقة في مايو 2024، كان في وضع مثالي لمراقبة الضغط الشديد والانتعاش البطيء للغلاف البلازمي بتفاصيل غير مسبوقة. ولأول مرة، تمكن العلماء من الحصول على قياسات مباشرة ومستمرة لحدث غير عادي على شاشة التلفزيون المباشر.

يوضح الجيوفيزيائي أتسوكي شينبوري، أحد المؤلفين: “لقد راقبنا التغيرات في الغلاف البلازمي باستخدام بيانات من القمر الصناعي Arase واستخدمنا أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأرضية لمراقبة الغلاف الأيوني، وهو مصدر الجسيمات المشحونة التي تملأ الغلاف البلازمي. وقد أتاحت المراقبة المتزامنة لكلتا الطبقتين فهم مدى حدة تقلص الغلاف البلازمي ولماذا تأخر تعافيه”.

يحد الغلاف البلازمي، إلى جانب المجال المغناطيسي للأرض، من اختراق الجزيئات الشمسية الضارة، ويحمي الأقمار الصناعية ويعزز “درع” الإشعاع الطبيعي للكوكب. وعادة ما يمتد بعيدًا في الفضاء، ولكن خلال العاصفة الفائقة انخفض حده الخارجي من حوالي 44000 كيلومتر إلى 9600 كيلومتر فقط من سطح كوكبنا.

نتجت العاصفة عن سلسلة من الانبعاثات الشمسية القوية التي أمطرت مليارات الأطنان من البلازما المشحونة على الأرض. وفي تسع ساعات فقط، تم ضغط الغلاف البلازمي إلى حوالي خمس حجمه الطبيعي. وكان التعافي بطيئًا على نحو غير عادي – أكثر من أربعة أيام، وهي أطول عملية في كامل فترة ملاحظات Arase، بدءًا من عام 2017.

يقول الباحث: “لقد رأينا أن العاصفة تسببت أولاً في تسخين قوي في المناطق القطبية، ثم استنزاف حاد للجسيمات المشحونة في الغلاف الأيوني، مما أدى إلى إبطاء التعافي. يمكن أن يؤثر هذا الاضطراب طويل المدى على دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وأداء الأقمار الصناعية، ويجعل التنبؤات بالطقس الفضائي صعبة”.

أدلة واضحة

خلال أقوى مراحل العاصفة الفائقة، ضغط النشاط الشمسي الشديد على الغلاف المغناطيسي للأرض، مما سمح للجسيمات المشحونة بالسفر لمسافة أبعد نحو خط الاستواء على طول الخطوط المغناطيسية. تسبب هذا في حدوث شفق ساطع عند خطوط عرض منخفضة بشكل غير عادي. امتد الشفق البيضاوي على طول الطريق إلى اليابان والمكسيك وجنوب أوروبا، حيث لا يحدث الشفق أبدًا تقريبًا.

عاصفة سلبية

وبعد حوالي ساعة من وقوع العاصفة الفائقة، ارتفعت الجسيمات المشحونة في الغلاف الجوي العلوي في خطوط العرض العليا واندفعت نحو القطبين. وعندما بدأت العاصفة تضعف، بدأ الغلاف البلازمي يمتلئ بالجسيمات القادمة من الأيونوسفير.

عادة لا تستغرق هذه العملية أكثر من يومين، ولكن هذه المرة استغرق التعافي ما يقرب من أربعة أيام – بسبب ظاهرة تسمى العاصفة السلبية. أثناء العاصفة السلبية، ينخفض ​​تركيز الجزيئات في الغلاف الجوي الأيوني بشكل حاد على مساحات شاسعة: يؤدي التسخين الشديد إلى تغيير التركيب الكيميائي للغلاف الجوي، مما يقلل من محتوى أيونات الأكسجين. وهي تشارك في التفاعلات التي تملأ الغلاف البلازمي بالبروتونات. وهذه الظواهر لا ترى بالعين المجردة ولا يتم تسجيلها إلا عن طريق الأقمار الصناعية.

ويؤكد شينبوري أن “العاصفة السلبية أبطأت عملية التعافي من خلال تغيير كيمياء الغلاف الجوي وقطع تدفق الجزيئات بشكل فعال إلى الغلاف البلازمي. ولم يتم ملاحظة مثل هذا الارتباط الواضح بين العواصف السلبية وتأخر التعافي من قبل”.

توفر النتائج صورة أوضح لكيفية تغير الغلاف البلازمي وكيفية تدفق الطاقة عبره. أثناء العاصفة، واجهت العديد من الأقمار الصناعية مشاكل في الطاقة أو توقفت عن إرسال البيانات، وتعطلت إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وانقطعت الاتصالات اللاسلكية. إن فهم المدة التي تستغرقها طبقة البلازما للأرض للتعافي من مثل هذه الأحداث أمر مهم للتنبؤ بالطقس الفضائي وحماية تكنولوجيا الفضاء.