Пояса Ван Аллена пульсируют от солнечных частиц. Изображение предоставлено НАСА / Томом Бриджманом. нажмите, чтобы увеличить
Согласно новому исследованию, проведенному группой НАСА, «безопасная зона» в радиационных поясах, окружающих Землю, перемещается выше по высоте и широте во время пиков солнечной активности. Безопасная зона обеспечивает снижение интенсивности излучения для любого потенциального космического корабля, который должен лететь в зоне радиационного пояса.
«Это новое исследование приближает нас к пониманию того, как исчезает часть радиационного пояса», - сказал д-р Шинг Фунг из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд. Фунг - ведущий автор статьи об этом исследовании, появившейся в строчная версия Геофизических Исследовательских писем 22 февраля.
Группа основывала свои результаты на измерениях высокоскоростных частиц (электронов), составляющих «радиационный пояс Ван Аллена», из серии метеорологического космического корабля с полярно-орбитальным движением Национальной администрации по океану и атмосфере в период с 1978 по 1999 год. На своих полярных орбитах они обнаружили меньшее количество частиц радиационного пояса в определенном диапазоне широт, что указывает на прохождение безопасных зон космическим кораблем. Исследователи сравнили данные, полученные во время относительно низких периодов солнечной активности, называемых солнечным минимумом, с данными пиковых периодов солнечной активности, называемыми солнечным максимумом. Они заметили смещение местоположения безопасной зоны в сторону более высоких широт и, следовательно, высот во время солнечного максимума.
Если бы радиационные пояса были видны, они были бы похожи на пару пончиков вокруг Земли, один внутри другого с Землей в «дыре» самого внутреннего пончика. Безопасная зона, называемая «областью прорези», будет выглядеть как промежуток между внутренним и внешним пончиком. Пояса фактически состоят из высокоскоростных электрически заряженных частиц (электронов и атомных ядер), которые находятся в магнитном поле Земли.
Магнитное поле Земли может быть представлено линиями магнитной силы, исходящими из южной полярной области, в космос и обратно в северную полярную область. Поскольку частицы радиационного пояса заряжены, их движения определяются магнитными силовыми линиями. Захваченные частицы будут подпрыгивать между полюсами при спирали вокруг силовых линий.
В этой области также захвачены радиоволны очень низкой частоты (VLF) и фоновый газ (плазма). Подобно призме, которая может изгибать луч света, плазма может изгибать пути распространения ОНЧ-волн, заставляя волны течь вдоль магнитного поля Земли. Волны ОНЧ очищают безопасную зону, взаимодействуя с частицами радиационного пояса, удаляя немного их энергии и изменяя направление. Это понижает место над полярными областями, где частицы подпрыгивают (так называемая зеркальная точка). В конце концов, зеркальная точка становится настолько низкой, что находится в атмосфере Земли. Когда это происходит, захваченные частицы сталкиваются с атмосферными частицами и теряются.
По словам команды, безопасная зона создается в регионе, где условия являются благоприятными для волн VLF, чтобы ударить частицы. Их исследование является первым свидетельством того, что местоположение этого региона может меняться в зависимости от цикла солнечной активности. Солнце проходит 11-летний цикл активности от максимума до минимума и обратно. Во время солнечного максимума повышенное солнечное ультрафиолетовое (УФ) излучение нагревает верхнюю атмосферу Земли, ионосферу, заставляя ее расширяться. Это увеличивает плотность плазмы, захваченной в магнитном поле Земли.
Благоприятные условия для взаимодействия ОНЧ-волны с частицами зависят от конкретной комбинации плотности плазмы и напряженности магнитного поля. Хотя плотность плазмы обычно уменьшается с высотой, расширение ионосферы во время солнечного максимума делает плазму более плотной на минимальной солнечной высоте безопасной зоны и вынуждает благоприятную плотность плазмы для безопасной зоны мигрировать на большую высоту. Кроме того, напряженность магнитного поля также уменьшается с высотой. Чтобы найти подходящую напряженность магнитного поля для безопасной зоны на больших высотах, нужно было бы мигрировать к полюсам (более высоким широтам), где линии магнитного поля более сконцентрированы и, следовательно, сильнее.
«Это открытие помогает сузить поиск первичной области взаимодействия волны и частицы, которая создает безопасную зону», - сказал Фунг. «Хотя ни один известный космический корабль не использует безопасную зону в настоящее время, наши знания могут помочь в планировании и выполнении будущих миссий, которые хотят использовать эту зону».
По словам исследователей, их открытие стало возможным благодаря новому инструменту отбора и поиска данных, разработанному группой, который называется «Система запросов магнитосферного состояния». Исследование финансировалось НАСА и Национальным исследовательским советом. В состав группы входят Фунг, доктор Си Шао (Национальный исследовательский совет, Вашингтон) и доктор Лун С. Тан (QSS Group, Inc., Ланхем, Мэриленд).
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
