Ілюстрація художника космічним кораблем ESA, що летить над Землею. Кредит зображення: ESA Натисніть, щоб збільшити
Місія ESA Cluster виявила новий механізм створення "вбивчих електронів" - високоенергійних електронів, які відповідають за пошкодження супутників і становлять серйозну небезпеку для космонавтів.
Протягом останніх п'яти років серія відкриттів місії кластера багатокосмічних кораблів значно розширила наші знання про те, як, де та за яких умов створюються ці вбивчі електрони в магнітосфері Землі.
Ранні супутникові вимірювання в 1950-х роках виявили існування двох постійних кілець енергетичних частинок навколо Землі.
Зазвичай їх називають «радіаційними поясами Ван Аллена», вони заповнені частинками, захопленими магнітним полем Землі. Спостереження показали, що внутрішній пояс містить досить стабільну популяцію протонів, тоді як зовнішній пояс в основному складається з електронів у більш змінній кількості.
Деякі з електронів зовнішнього пояса можуть бути прискорені до дуже високих енергій, і саме ці "вбивчі електрони" можуть проникнути в товстий екран і пошкодити чутливу супутникову електроніку. Це інтенсивне радіаційне середовище також є загрозою для космонавтів.
Тривалий час вчені намагаються пояснити, чому кількість заряджених частинок всередині ременів настільки різниться. Наш головний прорив стався, коли у жовтні та листопаді 2003 р. Майже вдруге відбулися дві рідкісні космічні бурі.
Під час штормів частина радіаційного поясу Ван-Аллена була висушена електронами, а потім реформувалася набагато ближче до Землі в регіоні, який зазвичай вважався відносно безпечним для супутників.
Коли ремісійні пояси реформувались, вони не зростали відповідно до тривалої теорії прискорення частинок, званої «радіальною дифузією». Теорія радіальної дифузії трактує магнітні поля Землі як подібні еластичним смугам.
Якщо смуги зірвані, вони хитаються. Якщо вони коливаються з тією ж швидкістю, що і частинки, що дрейфують навколо Землі, то частинки можуть рухатися через магнітне поле і прискорюватися. Цей процес обумовлений сонячною активністю.
Натомість команда європейських та американських вчених під керівництвом доктора Річарда Хорна з Британського антарктичного обстеження, Оксфорд, Великобританія, використовувала дані кластерних та наземних приймачів в Антарктиді, щоб показати, що хвилі дуже низької частоти можуть спричинити прискорення частинок та посилити пояси.
Ці хвилі, названі «хором», є природними електромагнітними випромінюваннями в діапазоні звукових частот. Вони складаються з дискретних елементів короткої тривалості (менше однієї секунди), які звучать як хор птахів, що співають на сході сонця. Ці хвилі є одними з найбільш інтенсивних у зовнішній магнітосфері.
Кількість "електронів-вбивць" може зрости в тисячу разів у пік магнітної бурі та в наступні дні. Інтенсивна сонячна активність також може штовхнути зовнішній пояс набагато ближче до Землі, тому піддаючи супутники меншої висоти набагато суворішому середовищу, ніж вони були розроблені.
Теорія радіальної дифузії досі справедлива в деяких геофізичних умовах. До цього відкриття деякі вчені вважали, що викиди хору є недостатньо ефективними для обліку реформування зовнішнього радіаційного поясу. Що виявив Кластер, це те, що в певних сильно порушених геофізичних умовах достатньо викидів хору.
Завдяки унікальній можливості багатоточкових вимірювань кластеру вперше оцінено характерні розміри цих областей джерела хору.
Виявлено, що типові розміри становлять кілька сотень кілометрів у напрямку, перпендикулярному магнітному полю Землі, та в декількох тисячах кілометрів у напрямку, паралельному цьому.
Однак розміри, знайдені до цього часу, базуються на тематичних дослідженнях. «В умовах порушених магнітосферних областей у хорі-джерелах утворюються довгі та вузькі об'єкти, схожі на спагетті. Тепер питання полягає в тому, чи дуже низькі перпендикулярні шкали є загальною властивістю механізму приспіву, чи просто окремим випадком аналізуваних спостережень ", - сказав Ондрей Сантолік із Карлового університету, Прага, Чехія, і головний автор цього результату.
Через нашу більшу залежність від космічних технологій та комунікацій велике значення має розуміння того, за яких умов і де створюються ці вбивчі електрони, особливо в періоди магнітного шторму.
Оригінальне джерело: Портал ESA
