Солнечная буря вызвала по всей территории США беспрецедентные ионосферные возмущения и ошибки GPS

В ноябре 2025 года Землю накрыла серия мощных выбросов солнечного вещества, которые достигли магнитосферы планеты. Сильнейшая геомагнитная буря вызвала яркие полярные сияния, наблюдавшиеся на необычно низких для них широтах, но одновременно нарушила работу некоторых наземных технологий.

Исследователи под руководством космического физика Эндауока Йизенгава из американской Aerospace Corporation обнаружили, что последствия бури оказались значительно масштабнее, чем считалось ранее. Анализ данных показал сильные возмущения ионосферы, распространившиеся практически от одного побережья США до другого. По словам учёных, подобное явление в средних широтах прежде не наблюдалось в таком масштабе.

Из-за этих возмущений точность спутникового позиционирования в некоторых районах ухудшилась настолько, что горизонтальная ошибка превышала 10 метров. Для обычного пользователя это может быть практически незаметно, однако для систем, требующих высокой точности координат, такие отклонения способны стать критическими. В частности, под угрозой оказываются системы автономного управления транспортом и сельскохозяйственная техника, использующая высокоточную спутниковую навигацию.

Влияние солнечной активности на наземные технологии хорошо известно. Солнечные вспышки сопровождаются мощными выбросами рентгеновского и ультрафиолетового излучения, которые достигают верхних слоёв атмосферы Земли и могут временно нарушать высокочастотную радиосвязь.

Геомагнитные бури способны оказывать ещё более масштабное воздействие. При корональном выбросе массы Солнце выбрасывает в межпланетное пространство облако заряженных частиц, включая электроны и протоны. Когда такой поток достигает магнитосферы Земли, он вызывает электрические токи, способные нарушать работу энергосистем, изменять состояние верхней атмосферы и усиливать полярные сияния.

Учёные изучали другой эффект той же цепочки процессов — ионосферную сцинтилляцию. Ионосфера представляет собой область верхней атмосферы, через которую проходят сигналы спутниковых навигационных систем. Во время сильной геомагнитной бури в неё попадает поток энергичных частиц, что приводит к изменениям плотности электронов.

В результате в ионосфере возникают неоднородности различного масштаба. Радиосигналы, проходящие через такую неоднородную среду, испытывают преломление и дифракцию, из-за чего их интенсивность может быстро меняться в момент достижения наземного приёмника. Это явление и называется амплитудной сцинтилляцией.

Ионосферная сцинтилляция сама по себе не является редкостью. Особенно часто её наблюдают в полярных и экваториальных областях. Средние широты обычно считаются значительно более спокойной зоной, где подобные возмущения возникают реже.

Однако ноябрьская геомагнитная буря изменила ситуацию. По мере усиления бури овал полярного сияния расширился в сторону экватора, захватив области, где обычно не наблюдаются столь сильные ионосферные возмущения.

Чтобы восстановить картину происходившего, исследователи объединили данные нескольких типов приборов, расположенных в разных частях Северной Америки. Они использовали камеры для наблюдения полярных сияний, а также наземную сеть приёмников глобальных навигационных спутниковых систем GNSS.

Данные показали наличие огромной полосы повышенной электронной плотности, протянувшейся с востока на запад через ионосферу над Северной Америкой. На границе этой области плотность электронов резко менялась, создавая условия для возникновения более мелких неоднородностей.

Сильная амплитудная сцинтилляция была зарегистрирована на огромной территории континентальной части США — примерно между 80 и 120 градусами западной долготы. Другие измерения показали, что зона возмущений была ещё шире: полоса повышенной электронной плотности простиралась почти от западного побережья США до восточного.

Временная последовательность событий также указывала на связь с геомагнитной бурей. По мере усиления полярного сияния увеличивались электронная плотность и количество неоднородностей в ионосфере. Одновременно спутниковые сигналы становились более нестабильными, а точность GPS-позиционирования снижалась.

Амплитудную сцинтилляцию на средних широтах наблюдали и раньше, однако прежние случаи были ограничены отдельными районами или отдельными пунктами наблюдений. Сильные возмущения, охватившие столь большую протяжённость по долготе, исследователи называют беспрецедентными.

В некоторых районах горизонтальная ошибка позиционирования превышала 10 метров. При этом даже отклонение на один-два метра может серьёзно повлиять на работу технологий, которым необходимы точные координаты. К ним относятся автономные транспортные средства и сельскохозяйственная техника, используемая для высокоточного земледелия.

Насколько значимыми могут быть такие последствия, показала другая мощная солнечная буря, произошедшая в мае 2024 года. По оценкам, вызванные ею нарушения высокоточной спутниковой навигации могли обойтись сельскохозяйственной отрасли США примерно в 500 миллионов долларов.

Ноябрьская буря 2025 года, вероятно, не привела к сопоставимым экономическим потерям. Она произошла вне сельскохозяйственного сезона, поэтому последствия для точного земледелия оказались значительно меньше. Однако два события показывают, насколько сильно некоторые отрасли могут зависеть от состояния космической погоды.

Оба случая произошли в период максимума примерно 11-летнего цикла солнечной активности. Поэтому исследователи считают необходимым лучше изучить процессы, связывающие мощные солнечные выбросы с изменениями ионосферы. Более точное прогнозирование таких возмущений позволит заранее оценивать риски для спутниковой навигации и других радиочастотных систем.

Учёные отмечают, что если бы ноябрьская геомагнитная буря пришлась на сельскохозяйственный сезон в США, её последствия могли бы привести к значительным потерям для американского сельского хозяйства и транспортной отрасли.

Для прогнозирования подобных событий необходимо учитывать физические процессы, управляющие динамикой полярных сияний, включая поток энергии, скорость расширения области сияния и характерный масштаб осаждения заряженных частиц. Именно эти параметры влияют на формирование неоднородностей электронной плотности, способных вызывать сцинтилляцию и ухудшать прохождение радиосигналов.

Полученные результаты показывают, что экстремальная солнечная активность способна нарушать точность спутникового позиционирования далеко за пределами полярных регионов. Дальнейшее изучение ионосферных процессов поможет лучше подготовиться к следующей мощной геомагнитной буре и снизить её воздействие на системы, зависящие от спутниковой навигации.

Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.