Geomagneettisten myrskyjen vaikutukset ionosfäärin elektronitiheyteen

Geomagneettiset myrskyt ovat laajamittaisia ​​häiriöitä Maan magneettikentässä, jotka johtuvat aurinkotuulen ja magnetosfäärin välisestä vuorovaikutuksesta. Myrskyjen voimakkuus, kesto ja ominaisuudet riippuvat aurinkotuulen ajureista. Kaksi tärkeintä ajuria ovat Auringon koronan massapurkaukset (ICME) sekä nopean aurinkotuulen virtaukset (HSS) ja niihin liittyvät virtausten vuorovaikutusalueet (SIR). Geomagneettiset myrskyt vaikuttavat voimakkaasti ionosfääriin, Maan yläilmakehän ionisoituneeseen alueeseen. Ne aiheuttavat häiriöitä radioaaltojen etenemiseen ionosfäärin läpi, mikä vaikuttaa viestintään, navigointiin ja satelliittipohjaisiin teknologioihin. Myrskyn aikana tapahtuvaa elektronitiheyden kasvua kutsutaan positiiviseksi ionosfäärimyrskyksi ja pienenemistä negatiiviseksi ionosfäärimyrskyksi.

Väitöskirjassa tutkitaan ionosfäärin elektronitiheyden vaihteluita kahden vähän tutkitun geomagneettisen myrskytyypin aikana: nopean aurinkotuulivirtauksen aiheuttamassa myrskyssä ja koronan massapurkauksen aiheuttamassa supermyrskyssä toukokuussa 2024, joka oli voimakkain myrsky sitten vuoden 2003. Tutkimuksessa käytetään maailmanlaajuisen satelliittipaikannusjärjestelmän (GNSS) kokonaiselektronitiheysmittauksia (TEC), joita täydentävät epäkoherentin sirontatutkan ja muiden maanpäällisten ja satelliittipohjaisten havaintojen tulokset. Väitöskirja osoittaa, että nopean aurinkotuulivirtauksen aiheuttama myrsky pienensi merkittävästi kokonaiselektronitiheyttä keskileveysasteilta napa-alueille asti päivä- ja ilta-aikana. Elektronitiheyden pieneneminen johtui ionosfäärin sähkövirtojen aiheuttamasta Joulen kuumennuksesta, jonka vaikutuksesta ilmakehä laajeni ylöspäin muuttaen kaasujen koostumusta, joka puolestaan vaikutti ionien ja neutraalien hiukkasten välisiin reaktioihin. Väitöskirja osoittaa ensimmäistä kertaa, että positiivinen ionosfäärimyrsky keskileveysasteilla johtui etelään päin etenevistä laajamittaisista ionosfäärin häiriöaalloista, jotka laukaisi pohjoisten korkeiden leveysasteiden Joulen kuumennus. Toukokuun 2024 supermyrskyn aikana poikkeuksellisen suuri määrä aurinkotuulen energiaa kulkeutui korkeille leveysasteille. Tämä laukaisi merkittäviä häiriöitä ylemmässä ilmakehässä ja ionosfäärissä, mikä lopulta johti napa-alueen ionosfäärin lähes täydelliseen häviämiseen 1,5 päiväksi.