Введение
Магнитное поле Земли — это невидимый защитный щит, который предохраняет нашу планету от потока заряженных частиц из космоса. Однако одна его часть — Южно-Атлантическая аномалия (SAA) — демонстрирует необычное поведение: магнитное поле здесь слабее , чем в других регионах, и становится ещё слабее с каждым годом.
Долгое время учёные считали, что это современное явление , связанное с локальной нестабильностью ядра или надвигающейся инверсией магнитных полюсов. Но новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (2024), показало:
Эта аномалия — не случайность. Это повторяющийся феномен, уходящий корнями в миллионы лет .
1. Что такое Южно-Атлантическая аномалия?
Южно-Атлантическая аномалия (SAA) — это область над Южным Атлантическим океаном , где внутренний радиационный пояс Ван Аллена приближается ближе к поверхности Земли, чем где-либо ещё.
В этом регионе:
- Напряжённость магнитного поля падает до 20–30 микротесл
- На высоте около 500 км (орбита МКС, спутников) уровень радиации значительно возрастает
- Электроника спутников подвержена повышенным сбоям
Именно здесь произошла авария японского рентгеновского телескопа Hitomi (ASTRO-H) в 2016 году. Прямой удар радиации стал одной из причин потери аппарата.
2. История ЮАА: новый взгляд через магнитную запись вулканических пород
Исследователи из Ливерпульского университета во главе с Яэль Энгберс собрали 225 образцов вулканической породы с острова Святой Елены, находящегося внутри зоны аномалии.
Породы были выбраны из извержений, происходивших 8–11 миллионов лет назад , и содержат минералы, сохраняющие информацию о направлении и силе магнитного поля того времени .
Что они обнаружили?
- Слабые магнитные значения наблюдались не только сегодня, но и много миллионов лет назад
- Повторяемость аномалии указывает на цикличность , а не на внезапное событие
- Это говорит о том, что SAA — не сигнал надвигающейся инверсии полюсов , а долгоживущая особенность магнитного поля
Интересный факт:
За последние 70 лет поле в этой области упало почти на 50% — но не впервые за историю.
Научный интерес:
Использование палеомагнетизма — метода, позволяющего восстановить ориентацию и напряжённость магнитного поля по минералам в древних породах — позволило заглянуть в прошлое магнитного поля на миллионы лет .
Результаты:
- Обнаружены аналогичные периоды снижения силы поля
- Они совпадают с эпохами усиления ALLSVP — Африканской большой провинции с низкой скоростью сдвига (low-shear velocity province), расположенной глубоко в мантии
3. Почему магнитное поле падает именно там?
Учёные давно заметили, что геомагнитное поле не однородно . Оно имеет «провалы» в разных точках, но один из самых выраженных — в Южной Атлантике.
Возможные причины:
Африканская большая провинция с низкой скоростью сдвига (ALLSVP)
Это гигантский участок в нижней мантии под Африкой, где скорость сейсмических волн ниже среднего . Учёные полагают, что эта область:
- Влияет на движение расплавленного железа во внешнем ядре
- Может вызывать локальное снижение интенсивности магнитного поля
- Возможно, является источником магнитной нестабильности , которая может быть связана с будущими инверсиями
Геометрия магнитного диполя
Земное поле — это диполь , но оно немного смещено относительно центра . Это приводит к тому, что внутренний пояс Ван Аллена приближается к поверхности именно в этом районе.
То есть ЮАА — это не просто «дыра», а естественный результат формы и ориентации магнитного поля .
4. Инверсия магнитных полюсов: ближе ли она, чем мы думаем?
Одна из популярных теорий гласила, что падение поля в SAA может быть первым сигналом начала инверсии магнитных полюсов . Такие инверсии происходили уже более 180 раз за последние 83 млн лет .
Однако новое исследование показывает:
- Подобные аномалии возникали многократно
- Они не всегда предшествовали инверсии
- Скорее всего, ЮАА — это долгосрочный эффект геодинамики, а не предвестник катастрофы
Хотя инверсия неизбежна, её начало пока не прогнозируется .
Интересный факт:
- Последняя инверсия — матуянская — произошла 780 тысяч лет назад
- Инверсии случаются в среднем раз в несколько сотен тысяч лет
- Во время инверсии поле ослабевает , но не исчезает полностью
- Это не приводит к массовым вымираниям
5. Как ЮАА влияет на современные технологии?
Южно-Атлантическая аномалия — не просто научный интерес. Она оказывает реальное воздействие на спутники, космические аппараты и даже самолёты .
Радиация и электроника
На высоте 400–600 км (высота орбиты МКС и многих спутников) этот регион:
- Увеличивает вероятность радиационных сбоев
- Требует дополнительной защиты чувствительной электроники
- Является основной причиной периодических отказов систем
Например, телескоп Хаббл автоматически отключает некоторые инструменты при пролёте над SAA.
Космические аппараты под угрозой
Японский рентгеновский телескоп Hitomi (ASTRO-H) потерпел крушение в 2016 году после прохождения через SAA. Хотя официальной причиной стало техническое управление ошибкой , специалисты предположили, что сильный поток заряженных частиц мог спровоцировать сбой системы .
Сегодня все космические миссии учитывают SAA как «запретную зону» для активных наблюдений .
Данные:
- Высота орбиты МКС: 400–450 км
- Частота пересечения SAA: каждые 90 минут
- Вероятность сбоя в электронике: до 10% выше , чем в других регионах
6. Как SAA влияет на жизнь на Земле?
Хотя ЮАА находится высоко над планетой, её последствия могут влиять и на нас.
Уровень радиации на высоте 10–15 км
Пассажиры и экипажи авиарейсов, пересекающих эту зону (например, между Бразилией и ЮАР):
- Получают увеличение дозы космического излучения
- Особенно при длительных перелётах на сверхзвуковых высотах
Это не опасно для жизни, но космические агентства регистрируют эти дозы как часть профессионального облучения
Воздействие на здоровье людей
- Для обычных граждан — нет угрозы
- Для астронавтов на МКС — увеличение риска радиационного облучения
- Учёные следят за уровнем космической радиации и её влиянием на биологические ткани
7. Что происходит глубоко внутри Земли?
Новое исследование связывает поведение магнитного поля с тем, что происходит в самом сердце планеты .
ALLSVP — ключевой фактор
Под Африкой находится African Large Low Shear Velocity Province (ALLSVP) — область в мантии, где сейсмические волны замедляются , что говорит о необычной плотности и составе .
Учёные считают, что:
- ALLSVP влияет на движение жидкого ядра
- Это создаёт локальные неоднородности в магнитном поле
- Эти неоднородности формируют долгоживущую аномалию , которую мы наблюдаем
То есть ЮАА — это не поверхностное явление , а глубинный эффект , идущий из мантии и ядра.
8. Что дальше? Будущее ЮАА и магнитного поля Земли
Несмотро́ на текущее ослабление, ЮАА — не конец света . Это часть естественного цикла , и, возможно, со временем она снова усилится.
Разделение аномалии
Новые данные показывают, что аномалия начинает делиться на две части :
- Первая — над западной частью Южной Атлантики
- Вторая — над Юго-Западной Африкой
Это усложняет модели магнитного поля и требует новых данных
Влияние на будущие миссии
- NASA и ESA начали проектировать спутники с защитой от SAA
- Некоторые аппараты используют радиационно-стойкие чипы
- Все космические миссии, пересекающие эту зону, планируются с учётом возможных сбоев
Научный контекст:
- BepiColombo (ESA/JAXA) использует усиленную защиту , пересекая SAA
- Euclid (телескоп ЕКА) тоже был спроектирован с учётом этого явления
9. Зачем нам знать всё это?
Понимание ЮАА — это не просто академический интерес. Это ключ к пониманию самого механизма магнитного поля , его динамики и возможных изменений в будущем.
Предсказание инверсий
Если мы сможем понять, когда и почему магнитное поле меняется, это поможет:
- Лучше моделировать геомагнитные штормы
- Предсказывать радиационную обстановку в космосе
- Разрабатывать более устойчивую электронику
Изучение внутреннего строения Земли
Такие аномалии дают возможность:
- Исследовать мантийные процессы
- Понять, как ALLSVP влияет на динамику ядра
- Увидеть, как внутренние слои взаимодействуют друг с другом
10. Заключение
Южно-Атлантическая аномалия — не признак надвигающейся катастрофы. Это глубинный феномен , уходящий корнями в структурные особенности мантии и ядра .
- Она существует уже миллионы лет
- Не обязательно предвещает инверсию
- Может быть естественным элементом магнитного поля
- И, главное — мы можем её изучать и использовать для прогнозирования будущих изменений
Такие исследования помогают не только космонавтике и науке , но и пониманию долгосрочной устойчивости магнитного поля нашей планеты .
