Пояси Ван Аллена пульсують від сонячних частинок. Зображення: NASA/Том Бріджмен. Натисніть, щоб збільшити
Згідно з новими дослідженнями команди NASA, «зона безпеки» в радіаційних поясах, що оточують Землю, рухається вище по висоті і широті під час піків сонячної активності. Безпечна зона забезпечує знижену інтенсивність радіації для будь-якого потенційного космічного корабля, який повинен летіти в зоні радіаційного поясу.
«Це нове дослідження наближає нас до розуміння того, як зникає частина радіаційного поясу», — сказав д-р Шінг Фунг з Центру космічних польотів імені Годдарда НАСА, Грінбелт, штат Меріленд. Фунг є провідним автором статті про це дослідження, яка з’являється в лінійна версія листів про геофізичні дослідження від 22 лютого.
Команда базувала свої результати на вимірюваннях високошвидкісних частинок (електронів), які складають «радіаційний пояс Ван Аллена», із серії метеорологічних космічних кораблів Національного управління океанів і атмосфери на полярній орбіті протягом 1978–1999 років. На своїх полярних орбітах вони виявили менше частинок радіаційного поясу на певному діапазоні широт, що вказує на проходження космічним кораблем безпечної зони. Дослідники порівняли дані, отримані протягом періодів відносно низької сонячної активності, які називають сонячним мінімумом, з даними періодів піку сонячної активності, званих сонячним максимумом. Вони помітили зсув розташування безпечної зони в бік більших широт, а отже, і висот під час сонячного максимуму.
Якби радіаційні пояси були помітні, вони б нагадували пару пончиків навколо Землі, один в одному з Землею в «отворі» самого внутрішнього пончика. Безпечна зона, яка називається «область прорізів», буде виглядати як проміжок між внутрішнім і зовнішнім пончиком. Пояси фактично складаються з високошвидкісних електрично заряджених частинок (електронів і атомних ядер), які потрапили в магнітне поле Землі.
Магнітне поле Землі можна представити магнітними силовими лініями, що виходять із південної полярної області, у космос і назад у Північну полярну область. Оскільки частинки радіаційного поясу заряджені, їхні рухи керуються магнітними силовими лініями. Затримані частинки відскакують між полюсами, обертаючись навколо ліній поля.
Дуже низькочастотні (VLF) радіохвилі та фоновий газ (плазма) також захоплюються в цій області. Так само, як призма, яка може згинати світловий промінь, плазма може згинати шляхи поширення хвиль VLF, викликаючи течію хвиль уздовж магнітного поля Землі. Хвилі VLF очищають безпечну зону, взаємодіючи з частинками радіаційного поясу, забираючи трохи їх енергії та змінюючи напрямок. Це опускає місце над полярними областями, де частинки відскакують (так звана точка дзеркала). Згодом точка дзеркала стає настільки низькою, що знаходиться в атмосфері Землі. Коли це відбувається, захоплені частинки стикаються з частинками атмосфери і втрачаються.
За словами команди, безпечна зона створюється в регіоні, де створюються сприятливі умови для хвиль VNF, щоб виштовхувати частинки. Їхнє дослідження є першою ознакою того, що розташування цього регіону може змінюватись із циклом сонячної активності. Сонце проходить 11-річний цикл активності від максимуму до мінімуму і назад. Під час сонячного максимуму посилене сонячне ультрафіолетове (УФ) випромінювання нагріває верхні шари атмосфери Землі, іоносферу, викликаючи її розширення. Це збільшує щільність плазми, що утримується в магнітному полі Землі.
Сприятливі умови взаємодії VLF хвиля-частинка залежать від конкретної комбінації густини плазми та напруженості магнітного поля. Хоча щільність плазми, як правило, зменшується з висотою, розширення іоносфери під час сонячного максимуму робить плазму щільнішою на мінімальній сонячній висоті безпечної зони і змушує сприятливу для безпечної зони щільність плазми мігрувати на більшу висоту. Крім того, напруженість магнітного поля також зменшується з висотою. Щоб знайти сприятливу напруженість магнітного поля для безпечної зони на більших висотах, потрібно було б мігрувати до полюсів (вищих широт), де лінії магнітного поля більш сконцентровані і, отже, сильніші.
«Це відкриття допомагає звузити пошук первинної області взаємодії хвиля-частка, яка створює безпечну зону», — сказав Фунг. «Хоча жоден відомий космічний корабель зараз широко не використовує безпечну зону, наші знання можуть допомогти в плануванні та виконанні майбутніх місій, які хочуть скористатися перевагами зони».
За словами дослідників, їхнє відкриття стало можливим завдяки новому інструменту вибору та пошуку даних, розробленому командою, який називається Magnetosphereic State Query System. Дослідження профінансували NASA та Національна дослідницька рада. До складу команди входять Фунг, д-р Сі Шао (Національна дослідницька рада, Вашингтон) і д-р Лунь Ч. Тан (QSS Group, Inc., Ланхем, штат Меріленд).
Оригінальне джерело: Випуск новин NASA