Радиационные пояса Земли. Источник: NASA
Физики России, в числе которых сотрудники НИИЯФ МГУ – к.ф.-м.н. Александр Дроздов и к.ф.-м.н. Ксения Орлова, совместно с коллегами из Канады, США и Кореи объяснили происхождение третьего радиационного пояса Земли, наблюдавшегося в сентябре 2012 года. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics, кратко его содержание приводится в PhysOrg.
Почти полвека считалось, что Землю окружают два электронных радиационных пояса: внутренний (на высоте от 1600 до 13 тыс. км) и внешний (на высоте от 19 тыс. до 40 тыс. км.). Третий был недавно обнаружен на внутреннем крае внешнего пояса на высоте от ~19 тыс. до ~22 тыс. километров от Земли, а состоит он исключительно из энергичных, ультрарелятивистских электронов (>2 MeV), обладающих высокой проникающей способностью.
Радиационные пояса Земли могут представлять серьёзную угрозу для спутников и космических кораблей, это может быть как незначительный сбой аппаратуры, так и полный ее выход из строя. «Лучшее понимание природы излучения в околоземном пространстве поможет защитить людей и аппаратуру от радиационного воздействия», - говорит руководитель международной группы учёных, выпускник МФТИ, в настоящее время профессор Сколковского института науки и технологий Юрий Шприц.
Для изучения природы третьего радиационного пояса Земли международная группа учёных создала модель околоземных радиационных поясов за период с начала августа 2012 года по начало октября 2012 года. Моделирование проводилось на основе данных об ультрарелятивистских электронах, которые были получены с помощью запущенных в августе 2012 года двух идентичных спутников Van Allen Probes и других аппаратов.
Ученые выяснили, что в начале сентября 2012 года ультрарелятивистские электроны за счет взаимодействия с электромагнитными ионно-циклотронными волнами, наряду с другими процессами, испытали значительные потери. В результате, внешний радиационный пояс рассматриваемых энергий опустел практически до внутреннего края, сформировав тем самым тонкое кольцо – третий радиационный пояс.
После бури пузырь холодной плазмы вокруг Земли, называемый плазмосферой, защитил ультрарелятивистские электроны от электромагнитных ионно-циклотронных волн, позволяя существовать третьему радиационному поясу долгое время.
Также электроны столь высоких энергий не могли эффективно взаимодействовать с плазменными волнами, которые обычно рассеивают электроны более низких энергий. В том числе поэтому, ультрарелятивистские электроны не исчезли мгновенно после прекращения бури и смогли остаться на орбите в течение четырёх недель.
«Я думаю, что этим исследованием мы приоткрыли лишь верхушку айсберга, — говорит Юрий Шприц. — Нам всё ещё осталось в полной мере понять, как именно эти электроны ускоряются до таких скоростей, откуда они приходят и как различается динамика радиационных поясов в различных типах бурь в околоземном пространстве».
Материал отредактирован соавторами статьи, опубликованной в журнале Nature Physics.