במרץ 2023 התרחשה אחת מהסערות הגיאומגנטיות החזקות שנרשמו בשנים האחרונות (ברמת חומרה G4, "חמורה"), שנגרמה כתוצאה מהתפרצות סולארית עזה. מלבד מחזות מרהיבים של זוהר קוטבי שנצפו באזורים בלתי שגרתיים, כמו ניו מקסיקו, היו לסערה זו גם השלכות משמעותיות על שכבות האטמוספרה העליונה של כדור הארץ, בפרט על היונוספרה, אזור מיונן שנמצא בגבהים של 100-60 ק"מ. צוות מחקר מאוניברסיטת אריאל בחן לעומק כיצד סערה גיאומגנטית עזה במיוחד שהתרחשה ב-24-23 במרץ 2023 השפיעה על היונוספרה, תוך חשיפת ממצאים מרתקים על התנודות והעיכובים שחלו באטמוספרה כתוצאה מכך.
במחקר חדש, שפורסם בכתב העת JGR Space Physics, בחן צוות מחקר בראשותו של ד"ר יובל ראובני, מרצה בכיר מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת אריאל, וחוקר בכיר במו"פ אזורי מזרח, בשיתוף עם הדוקטורנט מוייווה פול אג'קאי והמסטרנט בן רומנו, את השפעת הסערה על שכבת D של היונוספרה, השכבה התחתונה והצפופה ביותר, שממלאת תפקיד קריטי בהחזרת גלי רדיו בתדר נמוך.
המדידות בוצעו באמצעות מקלט רדיו בתדרים נמוכים מאוד (VLF), שהותקן בקמפוס אוניברסיטת אריאל, וקלט אותות ממשדרים מרוחקים בעולם. שיטה זו מנצלת את יכולתם של גלי VLF "לקפץ" בין הקרקע ליונוספרה, וכך לשקף שינויים בתכונות החשמליות של היונוספרה התחתונה.
המחקר התמקד בהשוואת עוצמות האות הנקלטות בתקופות רגועות לעומת עוצמתן במהלך הסערה החריגה. החוקרים זיהו שינויים דרמטיים, התחזקות או היחלשות של האותות בעשרות דציבלים, שנמשכו לאורך כל שלבי הסערה ואף לאחריה. בנוסף, התגלו תבניות תנודתיות ממושכות באותות, המעידות על נוכחות גלי כבידה אטמוספריים, גלים הנוצרים כתוצאה מהפרעות פתאומיות במערכת האטמוספרית, ככל הנראה בעקבות הסערה הסולארית.
ניתוח הנתונים נעשה באמצעות שתי שיטות עיקריות: התמרת גל (Wavelet Analysis) לצורך זיהוי תופעות מחזוריות כמו הפרעות יונוספריות נודדות (TIDs) וגלי כבידה, והתמרת גל קוהרנטית צולבת (Cross-Wavelet Coherence), המאפשרת למדוד את הקשר בין תנודות בעוצמות האותות למדדים גיאומגנטיים. בעזרת שיטה זו הצליחו החוקרים לאתר זמנים מדויקים שבהם התגובה ביונוספרה הייתה בקורלציה גבוהה עם התפתחות הסערה, וכן לחשב את הפרשי הזמן בין שיא הסערה לבין שיא ההשפעה על היונוספרה.
אחד הגילויים החשובים במחקר הוא ההשהיה בין שיא הסערה הגיאומגנטית לבין תגובת שכבת D ביונוספרה. השינויים בעוצמת אותות ה-VLF הופיעו בעיכוב של כמה דקות ועד חצי שעה לאחר שיא הסערה הגיאומגנטית, כשמשך ההשהיה השתנה בין מסלולי השידור ואף בין שעות היום והלילה.
"הדבר מעיד על כך שאין זמן תגובה אחיד, וכנראה פועלים מנגנונים שונים, מהירים ואיטיים, שמעבירים את השפעת הסערה לשכבת D, אשר תלויה בזמן, במסלול השידור ובמרחק הגאוגרפי מהמשדר", מסביר ד"ר ראובני.
4 צפייה בגלריה
מפה המציגה את מיקומיהם של המשדרים (עיגולים כחולים) אשר נחקרו והמקלט (ריבוע ירוק) הממוקם באוניברסיטת אריאל, וכן את קווי המסלול המחברים ביניהם
(צילום: באדיבות ד"ר יובל ראובני, מתוך כתב העת JGR Space Physics)
עוד נמצא כי עוצמת ההשפעה תלויה במסלול השידור: אותות ממרחקים ארוכים יותר (כמו מארה"ב) הושפעו בעוצמה רבה יותר, בעוד שבנתיבים קצרים (כמו מטורקיה) נצפתה תגובה מוקדמת יותר. הבדלים אלו מדגישים את חשיבות הגאומטריה של המסלול בהבנת ובחיזוי השפעות של סערות שמש.
לממצאי המחקר יש חשיבות מעשית רבה בעידן הטכנולוגי: הבנת השפעת אירועי מזג אוויר חללי קיצוניים על היונוספרה תורמת לשיפור תקשורת רדיו, מערכות ניווט לווייניות ותפעול לוויינים. לדוגמה, זיהוי עיכוב של 30-10 דקות בתגובת שכבת D לסערה עשוי לשפר את דיוק התחזיות ולהתריע מראש על שיבושים.
לדברי ד"ר ראובני, מפני שבאזור המזרח התיכון קיימות מעט תחנות קרקעיות לניטור השכבה התחתונה ביונוספרה, הנתונים שנאספו באוניברסיטת אריאל בזמן סערת מרץ 2023 מהווים תרומה ייחודית. הם מאשרים שתופעות שנצפו בעולם מתקיימות גם מעל מזרח הים התיכון, ואף חושפים מאפיינים חדשים. המחקר מדגיש את הצורך בפריסת רשת אזורית וצפופה של תחנות ניטור, שתשפר את החיזוי ותסייע בהגנה מפני תופעות קיצון מהשמש.
תחנת המדידה באוניברסיטת אריאל היא אחת הבודדות מסוגה במזרח הים התיכון, והנתונים שנאספו בה בזמן הסערה של מרץ 2023 מספקים תובנות נדירות על תגובת האטמוספרה העליונה באזור, שנחקר עד כה מעט מאוד. לדברי ד"ר ראובני, ממצאי המחקר מאשרים תופעות שנצפו באזורים אחרים בעולם, אך גם חושפים מאפיינים חדשים המיוחדים לאזורנו.
