Цивилизация
Геофизики из Полярного геофизического института совместно с чешскими коллегами изучили низкочастотные хоровые излучения в магнитосфере Земли. Хоровые излучения играют важную роль в динамике радиационных поясов Земли, которые вредят космическим аппаратам. Ученые заметили закономерность: волны, распространяющиеся в сторону геомагнитного экватора, имеют более высокую частоту и меньшую амплитуду, чем волны, уходящие от него. Эту закономерность удалось объяснить на основе построенной ранее в России теории генерации хоровых излучений. Таким образом, геофизики подтвердили предположения о том, как такие сигналы формируются в космической плазме. О своей работе ученые сообщили в журнале Geophysical Research Letters. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.
Магнитосфера Земли — пространство вокруг планеты, в котором геомагнитное поле удерживает заряженные частицы. Наиболее энергичные из них (с энергиями около 1 МэВ и выше) образуют радиационные пояса — области, в которых часто происходят поломки космических аппаратов. В ускорение электронов до таких энергий вносят важный вклад хоровые излучения (хоры) — последовательности низкочастотных (с частотами 1 – 10 кГц) импульсов, каждый из которых длится всего доли секунды. Хоры ускоряют часть электронов до релятивистских энергий за небольшое время, тем самым пополняя радиационные пояса. При этом сами хоры генерируются электронами и в процессе генерации отбирают у них энергию. Такие частицы перестают удерживаться в геомагнитной ловушке и попадают в верхнюю атмосферу, где регистрируются в виде микровсплесков низкоорбитальными спутниками. Получается, что хоры служат промежуточным звеном при передаче энергии от одних электронов другим. Геофизики, изучающие хоровые излучения, до сих пор спорят об их природе. В своей работе ученые из Полярного геофизического института и пражского Института физики атмосферы решили доказать теорию о том, как именно хоры формируются в магнитосферной плазме.
«Современные спутниковые данные позволяют детально анализировать хоровые излучения и сравнивать их с результатами моделирования. Мы изучали полученные в 2007–2012 годах параметры хоров с пяти спутников миссии THEMIS, посвященной исследованию магнитного поля Земли. Чешские коллеги анализировали восьмисекундные спектрограммы хоровых сигналов, отбирая случаи с одновременным наблюдением волн, бегущих в противоположных направлениях», — рассказывает Андрей Демехов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Полярного геофизического института (Апатиты).
Направление распространения и частоту хоровых излучений ученые определяли по спектрограммам вектора Пойнтинга, показывающего поток энергии электромагнитного поля. Исследователи соотнесли параметры хорового излучения с направлением распространения волн относительно геомагнитного экватора — поверхности, соединяющей точки минимума геомагнитного поля вдоль силовых линий. Вначале были подробно рассмотрены три отдельных события. В результате исследователи заметили интересную закономерность, присущую всем трем событиям: волны, распространяющиеся в сторону геомагнитного экватора, имеют более высокую частоту и меньшую амплитуду, чем волны, уходящие от экватора. Ученые проверили наблюдение, изучив еще 103 похожих случая. Примечательно, что эта же закономерность обнаруживается и в рамках теоретической модели генерации хоровых излучений, предложенной российским физиком профессором В. Ю. Трахтенгерцем. Она объясняется на качественном уровне и подтверждается численными расчетами. Таким образом, теория происхождения хоровых волн в плазме магнитосферы подтверждена.
Работа геофизиков развила и подтвердила теорию генерации хоровых излучений, ускоряющих электроны радиационных поясов Земли. В будущем эти исследования могут помочь в прогнозировании как самих хоровых излучений, так и вызываемых ими изменений в радиационных поясах, что позволит вовремя отключать наиболее чувствительные космические приборы или активировать защиту от радиации.
