Ученые изучили радиационные пояса Земли во время крупнейшего геомагнитного шторма, произошедшего в марте 2015 года. В это им помогли данные, содранные космической системой «Ван Аллен», которая находилася в центре этого события, сообщает пресс-служба NASA. Результаты опубликованы в the Journal of Geophysical Research.
Генерируемое Землей магнитное поле имеет области, которые захватывают и удерживают возбужденные заряженные частицы. Эти области называют радиационными поясами — внешним и внутренним. (В западной науке их обычно называют поясами Ван Аллена — по имени Джеймса Ван Аллена (1914 — 2006), американского физика, одного из зачинателей исследований магнитосферы.) Для их изучения в 2012 году NASA запустило пару спутников «Ван Аллен» (Van Allen Probes). С помощью полученных спутниками данных ученые рассчитывали изучить фундаментальные физические процессы в радиационных поясах Земли и улучшить их модели.
Спутники рассчитаны на сильные геомагнитные бури, и 17 марта 2015 года им посчастливилось такое событие наблюдать. В этот день гигантская ударная волна от мощного солнечного коронарного выброса пришла к Земле и столкнулась с магнитосферой, вызвав сильнейшую за последнее десятилетие геомагнитную бурю.
Во время шторма спутники измерили внезапные импульсы электронов, возбужденных до близсветовых скоростей в том момент, когда волна ударила во внешний радиационный пояс. Удар принес с собой массу короткоживущих электронов, их энергия рассеивалась за минуты. Спустя пять дней после бури Van Allen Probes зафиксировали возрастающее число еще более высокоэнергетичных электронов, что указывает на уникальные возбуждающие процессы, вызванные бурей. «Удар вбивает электроны из внешних регионов магнитосферы в глубь поясов, и в этом процессе они получают энергию», — объяснил ведущий автор статьи Шри Канекал (Shri Kanekal) из миссии Van Allen Probes при Годдаровском космическом центре.
Располагая данными изнутри геомагнитной бури, ученые теперь могут сопоставить их с тем, что уже известно о поведении электронов в радиационных поясах. Это поможет лучше понять явление и картировать процессы космической погоды в магнитосфере. Выяснилось, что есть несколько вариантов возбуждения и ускорения электронов в радиационных поясах: радиальное возбуждение, локальное или с помощью шока. В первом случае электроны несут к Земле низкочастотные волны. Локальное ускорение представляет собой процесс, при котором электроны получают энергию от относительно высокочастотных волн во время вращения вокруг Земли. В третьем случае сильный межпланетный геомагнитный шок внезапно сдавливает магнитосферу, создавая большие электрические поля, быстро возбуждающие электроны.
На рисунке: как ускорившиеся электроны циркулируют в радиационных поясах Земли. NASA's Goddard Space Flight Center; Tom Bridgman, аниматор
Ученые сейчас пытаются понять, какова роль каждого из процессов в возбуждении частиц в магнитосфере. Действуют ли они отдельно или совокупно. Кроме того, ученые полагают, что степень возбуждения электрона зависит от процесса, который их возбуждает. Авторы работы сравнивают это с качелями: чем больше их раскачиваешь, тем выше они взлетают. Также и возбуждение электронов: чем сильнее буря, тем дольше такие возбуждающие волны действуют. Вот почему мартовская геомагнитная буря завершилась повторной регистрацией возбуждения электронов.
[Иллюстрация: JHUAPL]
