Команда из Колорадского университета в Боулдере обнаружила невидимый щит, расположенный примерно в 7200 км над поверхностью Земли, который блокирует так называемые “электроны убийцы», вращающиеся вокруг планеты с околосветовой скоростью и, как известно, угрожающие астронавтам, сильным разогревом спутников и выводя из строя космические системы во время интенсивных солнечных бурь.
Барьер для движения частиц был обнаружен в радиационных поясах Ван Аллена, двух бублико-образных кольцах над Землей, которые заполнены высокоэнергетическими электронами и протонами, сказал заслуженный профессор Даниэль Бейкер, директор Лаборатории CU-Боулдер атмосферной и космической физики (LASP). Удерживаемые на месте магнитным полем Земли, радиационные пояса Ван Аллена периодически расширяются и сжимаются в ответ на поступающие энергетические возмущения от Солнца.
В качестве первого значительного открытия космической эры, радиационные пояса Ван Аллена были обнаружены в 1958 году профессором Джеймсом Ван Алленом и его командой из Университета штата Айова, установив, что они состоят из внутреннего и внешнего пояса протяженностью до 25000 км над поверхностью Земли. В 2013 году, Бейкер получил докторскую степень и возглавил сегодняшнюю команду. Используя два зонда, запущенных НАСА в 2012 году, они открыли третье, переходное «накопительное кольцо” между внутренним и внешним радиационными поясами Ван Аллена, которое, похоже, приходит и уходит в зависимости от интенсивности космической погоды.
Последнее вращается вокруг «крайне острой» границы по внутреннему краю внешнего пояса примерно в 7200 км в высоту, и как представляется, отражает таинственным щитом шлейф сверхбыстрых электронов и дальнейшее их перемещение к атмосфере Земли. «Это почти походит на принцип действия сталкивания электронов со стеклянной стеной в космосе», сказал Бейкер, ведущий автор исследования. «Нечто вроде щитов, создаваемых силовыми полями на космических кораблях в сериале “Star Trek”, которые использовались для отражения инопланетного оружия. И в нашем случае мы видим, что невидимый щит блокирует эти электроны. Это очень загадочное явление».
Работа на эту тему была опубликована 27 ноября в журнале Nature. Команда изначально думала, что сильно заряженные электроны, которые вращаются вокруг Земли со скоростью более чем 100000 миль в секунду, медленно дрейфовали вниз в верхние слои атмосферы и постепенно уничтожались в результате взаимодействия с молекулами воздуха. Но непроницаемый барьер, замеченный космическим кораблем, останавливает электроны прежде, чем они смогли зайти так далеко, сказал Бейкер.
Группа рассмотрела ряд сценариев, которые могли бы создавать и поддерживать такой барьер. Команда задалась вопросом: мог ли он иметь отношение к силовым линиям магнитного поля Земли, которые заманивают в ловушку и управляют протонами и электронами, заставляя их подпрыгивать между полюсами Земли, как бусины на нитке. Также рассмотрели, не могли ли радиосигналы от человеческих передатчиков на Земле рассеивать заряженные электроны у барьера, предотвращая их движение вниз. «Природа не терпит сильные градиенты и, как правило, находит способы сгладить их, таким образом можно ожидать, что некоторые релятивистские электроны переместятся внутрь, а некоторые направятся наружу», сказал Бейкер. «Это и не понятно, как медленные, постепенные процессы, которые должны быть вовлечены в движение этих частиц, могут, словно сговорившись, создавать такую острую, постоянную границу в этом месте пространства».
Другой сценарий заключается в том, что гигантское облако холодного, электрически заряженного газа называемого плазмосферой, начинающегося примерно в 600 км над поверхностью Земли и простирается на тысячи миль во внешний радиационный пояс Ван Аллена, рассеивает на границе электроны низкочастотными электромагнитными волнами, создавая плазмосферное «шипение», — сказал Бейкер. Шипение звучит как белый шум при воспроизведении через динамик, — сказал он.
В то время как Бейкер рассказал, что плазмосферное шипение может играть большую роль в загадочном космическом барьере, он считает, что история может получить дальнейшее развитие. «Я думаю, что ключевым моментом здесь является сохранение наблюдения за регионом в мельчайших деталях, и мы можем это сделать при помощи мощных инструментов зондов Ван Аллена. Если Солнце действительно бомбардирует земную магнитосферу выбросам
и корональной массы (CME), то я подозреваю, что через какое-то время оно сможет пробить щит», сказал Бейкер, также преподаватель в астрофизическом и планетарном научном отделе.
«Это похоже на рассмотрение явления новыми глазами с новым набором инструментов, которые дают нам возможность, чтобы сказать: “да, есть прочная и жесткая граница»”, сказал Джон Фостер, доцент, директор MIT Haystack Observatory и соавтор исследования.
Designed by