Наша планета замолчала: Солнце нарушило космический эфир

Наша планета несколько лет транслировала в космос загадочный сигнал, а потом он исчез. Рассказываем, как солнечная активность заставила Землю замолчать и при чем тут инопланетная жизнь. Вы наверняка слышали эту избитую фразу из трейлера «Чужого»: «В космосе никто не услышит твой крик». В фантастике давно есть мысль, что за пределами атмосферы царит абсолютная, давящая тишина. И если мы говорим об акустике, о звуковых волнах, которым нужен воздух, то да, там глухо, как в танке. Но если переключиться на радиодиапазон, то у Земли есть свой собственный, тихий голос. Наша планета постоянно генерирует кучу электромагнитных шумов: свисты, шипение, треск. Это называется естественным радиоизлучением.И вот недавно выяснилось, что один из голосов Земли, который мы и открыли-то не так давно, вдруг взял и замолк. Разбираться в этом пришлось нашим ребятам из ИКИ РАН и Высшей школы экономики (НИУ ВШЭ). Они изучили данные японского спутника за семь лет и пришли к выводам, которые заставляют немного иначе взглянуть на то, как вообще работает наша магнитосфера. Под колпаком Вообще, изучать радиоизлучение Земли — та ещё задачка. Проблема в том, что мы живем под надежным колпаком ионосферы. Это слой атмосферы, насыщенный ионами и свободными электронами, который работает как зеркало для радиоволн. Благодаря ему мы можем слушать коротковолновое радио за горизонтом (волны отскакивают от неба и возвращаются на землю), но из-за него же мы понятия не имеем, что там творится снаружи, в ближнем космосе. Ионосфера просто глушит или отражает сигналы, идущие извне, если они не на тех частотах. Поэтому, пока человечество не запустило первые спутники, мы и не подозревали, что Земля фонит.Оказалось, что магнитосфера — область, где работает магнитное поле планеты, защищая нас от солнечного ветра, — это такая себе гигантская радиостанция. Там постоянно что-то происходит: частицы ускоряются, сталкиваются, закручиваются в спирали. И вот среди всего этого шума есть один очень специфический сигнал, который назвали «гектометровый континуум» (ГМК). Как всегда, называется оно сложнее, чем есть на самом деле. Это слабое излучение в диапазоне 600–1700 килогерц (это сильно ниже частот, на которых вещают привычные нам FM-радиостанции), и поймать это ушами или обычным приемником с поверхности невозможно — ионосфера, как я уже говорил, работает как глушилка.Источник этого сигнала висит довольно низко по космическим меркам — на высоте одного-двух радиусов Земли. В этой зоне магнитное поле все еще достаточно сильное, чтобы жестко контролировать движение заряженных частиц. Самое смешное, что этот ГМК открыли только в 2017 году. Казалось бы, мы в космос летаем уже больше полувека, МКС висит, куча зондов, а вот нате. Дело в том, что сигнал этот очень капризный и слабый. Засечь его смог только японский спутник ERG, он же Arase, который специально заточен под изучение радиационных поясов.И вот с 2017 года ученые видели этот сигнал эпизодически, но полной картины не было. Ну есть и есть. Вампирский сигнал И тут за дело взялись наши исследователи. Группа из ИКИ РАН и физиков НИУ ВШЭ решила не просто смотреть на отдельные всплески, а взять массив данных за все годы работы спутника — с 2017 по 2023-й — и проанализировать около тысячи эпизодов, когда этот сигнал появлялся. И вот тут всплыла первая странность, делающая этот сигнал похожим на вампира. Оказалось, что гектометровый континуум существует только ночью. Буквально. Он начинает формироваться спустя несколько часов после заката и гарантированно умирает через час-три после восхода Солнца. Днём его нет. Вообще.Чтобы понять, почему так происходит, придётся немного подушнить и объяснить физику процесса, но я постараюсь на пальцах. Учёные пришли к выводу, что этот сигнал возникает из-за так называемого двойного плазменного резонанса. Звучит страшно, но механика красивая. Землю окружает плазма — эдакая смесь из заряженных частиц. У этой плазмы есть свои собственные колебания. А ещё там есть электроны, которые движутся вокруг силовых линий магнитного поля. И вот когда частота вращения электронов идеально совпадает с частотой колебаний самой плазмы (или кратна ей), происходит резонанс. Возникает неустойчивость, и энергия частиц переходит в радиоволны.Но для этого всего нужны идеальные условия: конкретная плотность плазмы и наличие «горячих» электронов с высокой энергией. Это очень хрупкий баланс. Почему же сигнал боится света? Всё просто. Когда Солнце встаёт и начинает жарить атмосферу своими лучами, оно ионизирует газ. Плотность плазмы резко растёт. И всё, тонкий баланс резонанса рушится, сигнал исчезает. Вечером Солнце садится, ионосфера и плазмосфера начинают остывать, плотность падает, и спустя пару часов условия снова становятся идеальными — сигнал возвращается.Кроме суточного режима, у этого сигнала был и сезонный график. Чаще всего его ловили летом, реже — весной и осенью. Казалось бы, все понятно: вот механизм, вот расписание. Но, как это часто бывает в науке, когда ты думаешь, что всё понял, оказывается, что ты не понял ничего. Куда всё пропало? К середине 2022 года сигнал исчез. Не просто ослаб или стал появляться реже, а пропал совсем. Спутник Arase всё также летал, слушал эфир, но на нужных частотах была тишина. И это при том, что оборудование работало исправно. Учёные начали копать: что изменилось глобально? Ответ нашли быстро — изменилось само Солнце.Вы наверняка слышали про циклы солнечной активности (тут сложно не услышать, в разных пабликах сразу же пишут, когда нас ждёт магнитная буря). Наша звезда — это не стабильное светило, оно работает с циклом примерно в 11 лет (ну это один из циклов). То Солнце спокойно (солнечный минимум), то начинает покрываться пятнами и швырять в нас вспышками (солнечный максимум). Так вот, до 2022 года Солнце было относительно тихим. А потом начался разгон к пику активности, в котором мы сейчас, кстати, и живём. Количество пятен на Солнце выросло, поток ультрафиолета и радиоизлучения от звезды (особенно на длине волны 10,7 см, это важный маркер) резко скакнул вверх. И вот тут мы подходим к главному парадоксу, ради которого вся эта работа и затевалась. Обычно логика такая: Солнце активное -> солнечный ветер сильный -> он долбит по магнитосфере -> на Земле начинаются магнитные бури и полярные сияния.То есть, по идее, когда Солнце бушует, радиоэфир Земли должен разрываться от шума. И для большинства типов излучений это так и работает. Например, авроральное километровое радиоизлучение (это то, которое связано с северным сиянием) в такие периоды практически забивает собой эфир. Но гектометровый континуум не такой, ему нужен покой.Из-за повышенной активности Солнца поток ультрафиолета стал настолько мощным, что он постоянно держит околоземную плазму в перегретом, плотном состоянии. Даже ночью она не успевает остыть и разредиться (от слова «реже») до тех значений, которые нужны для возникновения двойного резонанса. Солнце просто всё поломало. Плазма стала слишком плотной, частот перестали совпадать, и генерация волн прекратилась.Доцент кафедры физики космоса ИКИ РАН Александр Чернышов, который комментировал это исследование, прямо так и сказал: пока другие сигналы усиливаются, этот — затихает. А что дальше? Учёные при этом не считают, что сигнал пропал навсегда. Как только Солнце пройдет пик своей активности (а это случится в ближайшие год-два) и пойдет на спад, плазма снова станет более разреженной, и этот сигнал снова зазвучит в ночном эфире. Это цикличный процесс, просто раньше мы о нем не знали, потому что у нас не было таких долгосрочных наблюдений с точных спутников. Теперь мы знаем, что у Земли есть сезонное радио, которое работает в противофазе с солнечной активностью.Но зачем вообще всё это нужно? Помимо фундаментального интереса — понять, как работает наш магнитный щит, — есть и куда более захватывающая перспектива — экзопланеты. Мы все мечтаем найти жизнь за пределами Солнечной системы. Или хотя бы планету, пригодную для жизни. Главный критерий такой планеты (помимо температуры) — наличие магнитного поля. Если у планеты нет магнитного поля, звездный ветер просто сдует атмосферу в космос, как это произошло с Марсом. Жить там будет, мягко говоря, некомфортно.Но увидеть магнитное поле экзопланеты в телескоп невозможно. А вот услышать — вполне реально. Если мы досконально разберемся, как работает радиоизлучение Земли, как оно меняется от взаимодействия со звездой, мы сможем искать похожие сигналы от других миров. Поймали такой вот гектометровый континуум от какой-нибудь Проксимы Центавра b — значит, там есть магнитосфера, есть плазма, есть защита от радиации. Значит, туда можно (теоретически) лететь.Так что это ещё один плюс в копилку понимания Вселенной. Многие ведь привыкли думать о Земле как о камне, летящем в пустоте, но на самом деле это сложнейший электромагнитный механизм, который реагирует на погоду в космосе куда тоньше, чем нам казалось. Такие дела.