Иллюстрации художника космического корабля ESA Cluster, плавающего над Землей. Изображение предоставлено: ESA Увеличить
Кластерная миссия ЕКА раскрыла новый механизм создания «электронов-убийц» - высокоэнергичных электронов, которые ответственны за повреждение спутников и представляют серьезную опасность для космонавтов.
За последние пять лет серия открытий в рамках миссии Кластера на нескольких космических кораблях значительно расширила наши знания о том, как, где и при каких условиях эти электроны-убийцы создаются в магнитосфере Земли.
Ранние спутниковые измерения в 1950-х годах выявили существование двух постоянных колец энергичных частиц вокруг Земли.
Обычно называемые «радиационными поясами Ван Аллена», они заполнены частицами, захваченными магнитным полем Земли. Наблюдения показали, что внутренний пояс содержит довольно стабильную популяцию протонов, тогда как внешний пояс состоит в основном из электронов в более изменчивом количестве.
Некоторые электроны внешнего пояса могут быть ускорены до очень высоких энергий, и именно эти «электроны-убийцы» могут проникать сквозь толстые экраны и повреждать чувствительную спутниковую электронику. Эта интенсивная радиационная среда также представляет угрозу для космонавтов.
Долгое время ученые пытались объяснить, почему количество заряженных частиц внутри поясов так сильно различается. Наш главный прорыв произошел, когда два редких космических шторма произошли почти вплотную в октябре и ноябре 2003 года.
Во время штормов часть радиационного пояса Ван Аллена была очищена от электронов, а затем преобразована гораздо ближе к Земле в регионе, который обычно считался относительно безопасным для спутников.
Когда радиационные пояса реформировались, они не увеличивались в соответствии с давней теорией ускорения частиц, называемой «радиальной диффузией». Теория радиальной диффузии трактует линии магнитного поля Земли как упругие полосы.
Если полосы сорваны, они колеблются. Если они колеблются с той же скоростью, что и частицы, дрейфующие вокруг Земли, тогда частицы могут перемещаться через магнитное поле и ускоряться. Этот процесс обусловлен солнечной активностью.
Вместо этого группа европейских и американских ученых во главе с доктором Ричардом Хорном из Британской антарктической службы, Оксфорд, Великобритания, использовала данные кластерных и наземных приемников в Антарктике, чтобы показать, что волны очень низкой частоты могут вызывать ускорение частиц и усиливать пояса.
Эти волны, названные «хором», являются естественными электромагнитными излучениями в диапазоне звуковых частот. Они состоят из дискретных элементов небольшой длительности (менее одной секунды), которые звучат как хор птиц, поющих на рассвете. Эти волны являются одними из самых интенсивных во внешней магнитосфере.
Число «электронов-убийц» может возрасти в тысячу раз на пике магнитной бури и в последующие дни. Интенсивная солнечная активность может также подтолкнуть внешний пояс намного ближе к Земле, поэтому спутники на более низкой высоте подвергаются гораздо более суровой окружающей среде, чем они были предназначены.
Теория радиальной диффузии все еще действует в некоторых геофизических условиях. До этого открытия некоторые ученые считали, что выбросы хоруса не были достаточно эффективными, чтобы учесть преобразование внешнего радиационного пояса. Кластер обнаружил, что при определенных сильно нарушенных геофизических условиях выбросы хора достаточны.
Благодаря уникальной возможности многоточечного измерения Cluster характерные размеры этих областей источника хоруса были оценены впервые.
Было установлено, что типичные размеры составляют несколько сотен километров в направлении, перпендикулярном магнитному полю Земли, и несколько тысяч километров в направлении, параллельном этому.
Тем не менее, найденные размеры основаны на тематических исследованиях. «В нарушенных магнитосферных условиях области источника хора образуют длинные и узкие спагетти-подобные объекты. Теперь вопрос заключается в том, являются ли эти очень низкие перпендикулярные масштабы общим свойством механизма хора или просто частным случаем анализируемых наблюдений », - сказал Ондрей Сантолик из Карлова университета, Прага, Чешская Республика, и главный автор этого результата.
Из-за нашей растущей зависимости от космических технологий и коммуникаций, понимание того, как, при каких условиях и где создаются эти электроны-убийцы, особенно в периоды магнитных бурь, имеет большое значение.
Источник: ESA Portal
