Изображение предоставлено NASA
Новое исследование показывает, что электроны могут работать на магнитных волнах, вызванных солнечным ветром, и ускоряться до такой степени, что могут нанести серьезный ущерб космическому кораблю, вращающемуся вокруг Земли. Процесс является результатом взаимодействия между магнитным полем Земли и колебаниями плотности солнечного ветра. Поскольку плотность солнечного ветра изменяется, это заставляет волны в магнитном поле распространяться назад к Земле. Электроны могут попасть в эту рябь и вернуться на Землю так быстро, что могут повредить тонкую электронику в космосе.
По словам группы ученых из космоса, «электроны-убийцы», способные нанести ущерб орбитальному космическому кораблю, могут «пикировать» магнитные волны, вызванные солнечным ветром.
Команда из Бостонского университета и Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) объединила наблюдения космических аппаратов NASA и NOAA, чтобы выявить явление, объясняющее, как солнечный ветер создает волны в магнитном поле Земли (магнитосфере). Обычные электроны, вращающиеся вокруг Земли в радиационных поясах Ван Аллена, могут усиливать волны, ускоряясь почти до скорости света, с энергиями, в 300-500 раз превышающими электроны на телевизионном экране.
Солнечный ветер - это поток электрически заряженных частиц, постоянно выдуваемых из Солнца. Магнитосфера представляет собой полость, образованную, когда солнечный ветер сталкивается с магнитным полем Земли. Когда плотность солнечного ветра высока и сталкивается с магнитосферой, магнитосфера сжимается. Когда плотность ветра низкая, магнитосфера расширяется. Исследователи обнаружили, что солнечный ветер содержит периодические структуры высокой и низкой плотности, приводящие к периодическому «дышащему» действию магнитосферы и глобальному поколению магнитных волн.
Известно, что если частота этих волн совпадает с частотой движения электронов в поясе Ван Аллена, электроны могут ускоряться, значительно повышая их энергию. Этот процесс похож на ловушку, ловящему волну. Некоторые электроны «едут на волне» и получают столько энергии, что могут повредить дорогой космический корабль.
«Если мы сможем подтвердить это как важный механизм создания волн, ускоряющих« убийственные »электроны, то ученые, использующие данные со спутников, таких как Ветер, могли бы заранее предупредить операторов космических аппаратов о том, что их космические корабли могут подвергаться опасности чрезмерного и разрушительного воздействия радиации, - сказала доктор Барбара Джайлс, научный сотрудник космического корабля "Полярный" в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд.
Когда электроны становятся такими энергичными, они могут проникать внутрь космического корабля. Оказавшись внутри электронных частей, они накапливают статическое электричество, которое может закорачивать критическую часть или приводить космический аппарат в плохой режим работы.
«Что нового и интересного в этом исследовании, так это то, что люди всегда искали внутренние механизмы, влияющие на магнитосферу, для генерации этих волн», - сказал доктор Ларри Кепко, научный сотрудник Бостонского университета и ведущий автор двух работ по этому исследованию, одна из которых была опубликована в Журнал геофизических исследований в июне 2003 года и другой в Geophysical Research Letters в 2002 году. «Но здесь мы нашли внешний механизм - сам солнечный ветер».
Полярные и ветровые спутники НАСА, а также геостационарный оперативный спутник окружающей среды (GOES) NOAA предоставили ключевые наблюдения, которые привели команду к такому выводу. Полярный подтвердил, что волны не локальные, а глобальные. Спутник Ветра был основным источником для определения структур плотности в солнечном ветре, которые управляют магнитосферой. GOES предоставил данные о магнитосфере Земли по мере ее увеличения и уменьшения в размерах.
«Мы уже знали, что солнечный ветер имеет структуры плотности и что магнитные волны могут ускорять электроны», - сказал доктор Харлан Спенс, доцент астрономии в Бостонском университете и соавтор двух статей об этом исследовании. «Мы не знали, что структуры солнечного ветра могут быть периодическими и приводить в движение магнитные волны. Эти новые наблюдения могут обеспечить недостающую связь между ними ».
Окончательный источник этих недавно открытых структур солнечного ветра до сих пор остается загадкой, но ученые предполагают, что Солнце может играть непосредственную роль. «Изменения плотности солнечного ветра частично контролируются моделью магнитного переподключения, скручивания и обрыва магнитных силовых линий на поверхности Солнца», - говорит доктор Кепко. «Пересоединение, происходящее систематически, периодически, может привести к наблюдаемым периодическим структурам плотности в солнечном ветре. Есть некоторые свидетельства того, что это может происходить, но для установления окончательной связи требуются дальнейшие исследования ».
Радиационные пояса Ван Аллена были открыты в 1958 году доктором Джеймсом Ван Алленом и его командой из Университета Айовы с Исследователями 1 и 3, первыми спутниками, успешно запущенными Соединенными Штатами. Это пояса электрически заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли. Поскольку частицы электрически заряжены (в основном, протоны и электроны), они чувствуют магнитные силы и вынуждены вращаться вокруг невидимых линий магнитной силы, которые составляют магнитное поле Земли. На самом деле в системе Ван Аллена есть два пояса в форме пончика, один внутри другого, а Земля находится в «дыре» внутреннего пояса. Внутренний пояс, состоящий из высокоскоростных протонов, расположен на высоте от 430 до 7500 миль (примерно от 700 до 12000 км) над Землей. Внешний пояс состоит из высокоскоростных электронов и появляется на высотах от 15 500 до 25 000 миль (примерно от 25 000 до 40 000 км) над Землей. Операторы космических кораблей стараются избегать орбит в этих регионах, но иногда эти высоты являются лучшими для конкретной миссии, или космический корабль должен пройти через пояса во время части своей орбиты или полностью покинуть Землю.
Спутники НАСА «Полярный» и «Ветер», известные как «Глобальная программа по геокосмической науке», призваны помочь ученым понять, как частицы и энергия Солнца протекают через космическую среду Земли и взаимодействуют с ней.
NOAA посвящена сбору данных об океанах, атмосфере, космосе и Солнце. Его спутниковая система GOES является основным элементом мониторинга и прогнозирования погоды в США. Доктор Говард Сингер из NOAA является третьим соавтором статьи 2002 года об этом исследовании.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
