Северное сияние фиксируют… сейсмометры

Seismol. Res. Lett. 2020, XX, 1–15

С 2017 года сеть передвижных сейсмометров плотно покрывает Аляску и Западную Канаду: она создана в рамках проекта изучения земных глубин EarthScope. Оказывается, ее можно приспособить для изучения магнитного поля Земли вместо дефицитных магнетометров. Эту интересную особенность выявили исследователи Аляскинского университета в Фэрбанксе, которые изучали характеристики трех эпизодов северного сияния 2019 года на Аляске по данным шести обзорных камер неба, тринадцати магнетометров и двух сотен сейсмометров. Они точно определили, что с моментами сияния коррелируют сигналы вертикальных смещений земной коры, передаваемые сетью сейсмометров.

Северное сияние — результат попадания выброшенной Солнцем плазмы в магнитное поле Земли. Затянутые им частицы солнечного ветра, например электроны, ионизируют молекулы газов в атмосфере, и те начинают светиться. Появление этих частиц также приводит к изменениям самого защитного поля, которые фиксируют магнетометры; они дают основную информацию о трех пространственных компонентах напряженности магнитного поля и их изменениях со временем. Однако сейсмометр не предназначен для измерения магнитного поля. Как же он оказался замешан в этой истории?

Впервые влияние магнитного поля на сейсмометры заметили в Германии в 1994 году. Причина в том, что эти приборы содержат ферромагнитные материалы, и колебания магнитного поля планеты, действуя на них, порождают ложный сигнал вертикального смещения почвы. Бороться с этим можно, используя магнитную экранировку. На Аляске у передвижных приборов экранировки нет, что и позволяет им четко фиксировать локальные изменения поля. Сопоставление данных о северном сиянии и показаний приборов позволило понять, что измеренные ими вертикальные колебания с периодом 40—800 секунд это не движения грунта, а вариации магнитного поля. Так неожиданным образом сотни сейсмометров существенно дополнили данные дюжины магнетометров региона о магнитных бурях.

При хорошем покрытии магнетометрами ложные данные сейсмометров — большой недостаток, который нужно преодолеть. Однако при отсутствии сети магнетометров он может оказаться достоинством, если ясно понимать физику работы приборов. В ситуации Аляски это почти на порядок повысило пространственное разрешение данных, необходимых для изучения космической погоды.

(Seismological Research Letters, Tape C. et. al, 29 июля 2020 года)