Солнечные штормы – выбросы огромного количества солнечного материала и связанных с этими заряженными частицами магнитных полей – приводят к комплексу явлений, объединяемых под термином космическая погода. Это – результат действия потерянного солнцем материала на Землю и созданные человеком машины и сети передачи данных и энергии. Хотя главная причина космической погоды скрыта внутри нашего светила, изучить которое не так-то просто, есть и локальные движущие силы, понимание которых улучшит предсказания опасных явлений.

Часть энергии, высвобожденной Солнцем во время шторма запасается в магнитосфере Земли за счет ее деформации. Время от времени  эта энергия высвобождается. Эти явления приводят к появлению радиационных поясов и полярных сияний. И хотя Солнце скрывает внутренние причины корональных выбросов массы и вспышек, хотя бы можно наблюдать их сами с помощью сети аппаратов. Вместе с тем, поведение магнитного поля около Земли, запасающего приходящую от светила энергию, изучить намного сложнее. Но все же миссия, состоящая из шести аппаратов на околоземной орбите, наблюдавших на геомагнитным полем, позволила изучить процесс высвобождения накопленной энергии.

Главный момент в управлении космической погодой внутри магнитосферы Земли – перезамыкание линий напряженности магнитного поля. В этом явлении разные линии напряженности пересекаются, выделяя энергию. Заметить этот процесс можно только по потоку быстрых заряженных частиц, и только если на пути потока находится космический аппарат. Именно это имело место в 2008 году, когда пять из шести аппаратов проекта THEMIS обнаружили перезамыкание и связанную с этим суббурю, возмущение магнитосферы Земли при движении через нее заряженных частиц, основной движущий элемент космической погоды. Однако в наблюдавшемся перезамыкании могла высвободиться энергия, недостаточная для рождения типичной суббури. В 2011 году два аппарата проекта были переведены на орбиты около Луны и получили название ARTEMIS. Именно это позволило дальше продвинуться в изучении космической погоды в окрестностях Земли.

До работы аппаратов THEMIS и их продолжателей около Луны перезамыкание удавалось обнаружить только отдельными спутниками и в течение короткого времени. Однако наибольший интерес представляет развитие последующих событий – движение фронта заряженных частиц, выброшенных в космос в месте перезамыкания линий напряженности. Для этого необходимо зарегистрировать одно событие в нескольких местах. Тогда удастся воссоздать его развитие как в пространстве, так и во времени, так как один спутник обычно регистрирует событие в течение долей секунды и ему общая картина недоступна. Общее количество выделенной энергии также может быть определено более точно, а не по наблюдениям всего в одной точке. За счет этого с перезамыкания было снято обвинение в недостаточном высвобождении энергии для суббурь. «Энергия, выделенная во время зарегистрированного события, была равна выходу всех электростанций Земли, работающих в течение 30 минут, – говорит Василис Ангелопулос, сотрудник Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. – Это количество также можно сравнить в землетрясением магнитудой 7.1 балла».

Единственное, что остается пока недоступным даже группировкам спутников, предназначенным за слежением за магнитосферой, это наблюдение за энергией на всем ее пути от светила к Земле. Высвобожденные в перезамыкании линий на Солнце заряженные частицы, несущие к магнитосфере Земли энергию, затем захватываются магнитным полем планеты. Оно накапливает энергию и снова высвобождает ее, создавая явления космической погоды. Для их предсказания необходимо проследить весь путь энергии, тогда как пока лишь можно зарегистрировать выброс на Солнце и затем уже внутри магнитосферы Земли. Аппараты THEMIS хотя бы позволяли определять примерную общую энергию, запасенную в магнитосфере Земли. При перезамыкании она была высвобождена в виде двух фронтов заряженных частиц. Один из них был направлен к Земле, второй – в обратную сторону, к Луне, где внезапно оказались два спутника для наблюдения магнитных полей (в том числе связанных с движущимися заряженными частицами). При этом ширина фронта была очень мала, достигая около Луны всего нескольких десятков километров после прохождения почти полумиллиона от места зарождения. Поэтому наблюдения с одиночными аппаратами не позволяли оценить выброс энергии – не было возможности разобрать, куда направлены потоки частиц и насколько долго продолжался процесс их ускорения. «Мы наконец определили, что создает радиационные пояса и полярные сияния, – говорит Ангелопулос. – Нам пришлось потратить много лет на планирование и реализацию проекта группировки, но они оправдались. Мы сумели определить количество энергии, высвобождаемой в магнитосфере, и проследить ее превращение из одного типа в другой». Полученные данные о перезамыкании линий напряженности могут быть использованы при изучении самого начала космической погоды – выбросов на Солнце, явлений в атмосфере газовых гигантов Солнечной системы и далеких экзопланет.