Міжнародна команда під керівництвом дослідників Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» переглянула одне з ключових положень класичної теорії бур у навколоземному середовищі заряджених частинок — іоносфері. Науковці довели, що кількість заряджених частинок може збільшуватися навіть під час опускання іоносфери, а не лише під час її підняття. Це відкриття допоможе створювати точніші прогнози іоносферних бур, а отже, зменшити ризики порушень роботи систем супутникової навігації та глобальних каналів радіозв’язку, які є критичною ланкою військової та цивільної інфраструктури. Результати роботи опубліковано в міжнародному рецензованому журналі Space Weather (США). Від Інституту іоносфери у роботі взяли участь директор Дмитро Котов та науковці Марина Резниченко, Олександр Богомаз та Ігор Домнін. Їхніми партнерами стали колеги з провідних дослідницьких центрів США, Польщі та Іспанії, а також із Національного антарктичного наукового центру МОН України та Радіоастрономічного інституту НАН України.
Атмосфера Землі складається не лише з нейтральних атомів і молекул. Сонячне випромінювання іонізує частину з них, утворюючи вільні електрони та іони, які формують іоносферу — навколоземне середовище заряджених частинок. Важливо, що іоносфера сильно впливає на поширення радіохвиль. «У певному діапазоні радіочастот (так звані короткі хвилі) іоносфера може діяти як дзеркало, відбиваючи спрямовані на неї радіохвилі, — зазначає директор Інституту іоносфери Дмитро Котов. — Це дозволяє встановити радіозв’язок із будь-якою точкою земної кулі без супутників. А ще таке віддзеркалення від іоносфери робить можливою так звану загоризонтну радіолокацію — це коли ви в буквальному сенсі можете зазирнути за горизонт і побачити літаки або балістичні ракети на відстані до 3000 км. Дальність дії звичайних радіолокаційних систем удесятеро менша, бо вона обмежується кривизною Землі. До речі, уряд Канади щойно підписав контракт про закупівлю системи загоризонтної радіолокації JORN, щоб мати змогу відстежувати дії Росії і Китаю в Арктиці. Загалом на цей проєкт виділено шість із половиною мільярдів доларів США. Важливо пам’ятати, що для надійної роботи таких унікальних систем необхідні точні прогнози стану іоносферного дзеркала і його збурень». Ще більш короткі радіохвилі (наприклад, ті, що використовуються навігаційними системами типу GPS) іоносфера вже не відбиває — вони проходять крізь неї. Утім, і тут іоносфера впливає на радіохвилі, і в цьому випадку її вплив є негативним: іоносфера змінює фазу радіосигналів. І якщо реальний стан іоносфери відрізняється від прогнозів, координати об’єктів можуть бути оцінені зі значними похибками. «Тут можна навести свіжий приклад із цивільного життя, — каже Дмитро Котов. — У травні 2024 року потужна сонячна буря викликала сильну бурю в іоносфері. Кількість заряджених частинок істотно змінювалася протягом бурі. Результат — похибки визначення координат об’єктів на території США сягали 70 метрів. У цей час відбувалася посівна кампанія, а сучасна сільськогосподарська техніка робить засівання “під лінійку” за GPS. Легко зрозуміти, що зміщення рядів під час засівання фермерських полів сягало тих самих 70 метрів, причому зміщення змінювалося протягом бурі. Багато що довелося пересівати, було втрачено дорогоцінний час. За підтвердженими даними, через відсутність якісного прогнозу цієї іоносферної бурі збитки американських фермерів склали приблизно 500 мільйонів доларів».
Такі приклади доводять, що прогнозування іоносферних бур є не менш важливим для людства, ніж прогнозування ураганів, повеней та інших стихійних лих. Саме тому над прогнозами іоносферних бур уже багато десятиліть працюють фахівці з усього світу. Утім, точність прогнозів досі є низькою. Причина — повна наукова картина розвитку іоносферних бур досі не створена. Особливо це стосується так званих тривалих позитивних іоносферних бур — феномену, який призводить до збільшення кількості заряджених частинок над певними регіонами земної кулі протягом багатьох годин або навіть діб. Нові результати, нещодавно одержані дослідниками Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» разом із колегами зі США, Польщі та Іспанії, змінили уявлення науковців саме про цей найменш досліджений феномен. «Ми довели, що класична теорія позитивних іоносферних бур Герда Прьольса працює не завжди, — пояснює Дмитро Котов. — За його теорією, необхідною умовою збільшення кількості заряджених частинок під час бурі є підняття іоносфери вгору: що більша висота, то довше живуть заряджені частинки, отже, з часом їх стає більше. А ми продемонстрували, що кількість заряджених частинок може збільшуватися, навіть коли іоносфера рухається вниз, де тривалість життя заряджених частинок різко зменшується».
Результати дослідження, проведеного командою Інституту іоносфери у складі директора Дмитра Котова та науковців Марини Резниченко, Олександра Богомаза й Ігоря Домніна разом із міжнародними партнерами, опубліковано в авторитетному міжнародному журналі Space Weather (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2026SW005028), який відомий своїми суворими вимогами до новизни та практичної впливовості наукових результатів. Зазначимо, що команда Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» — перша в Україні, якій вдалося очолити публікацію в цьому журналі, що видається вже 23 роки.
«Ми пишаємося тим, що наші результати допоможуть створювати точніші прогнози іоносферних бур, — ділиться враженнями Дмитро Котов. — Також було неймовірно цікаво працювати з рецензентами Space Weather. Так само, як і ми, вони звикли до класичної теорії іоносферних бур. Це був справжній творчий виклик для нас — довести, що явище, яке вважали неможливим, насправді існує».
Довідка:
Науково-дослідний інститут Іоносфери НТУ «ХПІ» – провідна наукова установа України, що виконує фундаментальні та прикладні дослідження навколоземного космічного простору і космічної погоди з використанням наземних і супутникових методів, а також математичного моделювання. Дослідження проводяться в тісній співпраці з науковими центрами США, ЄС і Японії. Інститут є членом дослідницької місії SAWA Європейського космічного агентства (SAWA: Харківські вчені з ХПІ беруть участь у космічній місії, деталі дослідження — Суспільне Харків), бере участь в антарктичних експедиціях (XXIX Українська антарктична експедиція — Вікіпедія). Іоносферна обсерваторія Інституту, розташована поблизу м. Змієва, є науковим об’єктом, що становить Національне надбання України. У 2026 році Іоносферна обсерваторія стала частиною міжнародного фотодослідження Еріка Люсіто, матеріали якого опублікували, зокрема, The Guardian і New Scientist. Результати досліджень Інституту регулярно публікуються в провідних міжнародних наукових виданнях, зокрема в Geophysical Research Letters (топ 0.5% видань Scopus), Acta Astronautica (ХПІ – серед учасників європейської космічної місії SAWA з вивчення космічної погоди – Національний технічний університет «Харківський політехнічний iнститут»), Space Weather та ін. Завдяки таким публікаціям у 2025 році НТУ «ХПІ» посів перше місце серед українських університетів у найбільш престижному міжнародному рейтингу Nature Index за напрямом «Науки про Землю та довкілля».
Space Weather – міжнародний рецензований журнал Американського геофізичного союзу, заснований у 2003 році. Видання публікує нові наукові результати, які допомагають краще зрозуміти явища космічної погоди, удосконалювати їх прогнозування та зменшувати ризики для супутникової навігації, зв’язку, енергетики й інших технологій.
Стаття опублікована: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2026SW005028. Серед співавторів — дослідники з Університету Алабами в Гантсвіллі, Массачусетського технологічного інституту, Університету Джонса Гопкінса (США), Центру космічних досліджень Польської академії наук (Польща), Політехнічного університету Каталонії (Іспанія), а також Національного антарктичного наукового центру МОН України і Радіоастрономічного інституту НАН України.