Космическая «погода» зависит от земных гроз
Геомагнитные бури – результат солнечной активности, и молнии, возникающие при земных грозах, вместе формируют поведение заряженных частиц в околоземном космическом пространстве. Изучать его важно, так как заряженные частицы могут повреждать оборудование, используемое в космосе, и негативно влиять на здоровье людей
Радиационные пояса, или пояс Ван-Аллена, – это область околоземного космического пространства, где сосредоточены летящие от Солнца заряженные частицы (протоны и электроны), захваченные дипольным магнитным полем планеты. Эти пояса образуют перед атмосферой Земли своего рода защитный барьер.
Радиационные пояса есть и у других планет, обладающих магнитным полем и атмосферой: у Юпитера, Сатурна и Марса. Такой пояс состоит из двух основных областей: внутренней, расположенной на высоте примерно 1 тыс. км над поверхностью, и внешней – начиная на высоте от 20 тыс. км от Земли.
Внешний пояс содержит электроны с очень высокой (порядка МэВ, мегаэлектронвольт) энергией. Энергия электронов внутреннего пояса обычно в тысячу раз меньше (порядка кэВ, килоэлектронвольт). Внутренний пояс может временно «заселяться» и высокоэнергетическими электронами, но для этого нужны сильные геомагнитные возмущения.
Давно известно, что электроны с высокой энергией могут выбрасываться из радиационных поясов в атмосферу Земли в результате взаимодействия заряженных частиц и электромагнитных волн. Такие «дожди» могут быть опасны и для людей, и для приборов.
Обычно «выбиваются» электроны из внешнего радиационного пояса, хотя иногда, в том числе при разрядах молний, могут вылетать и электроны внутреннего пояса, с энергиями 10–100 кэВ. Но недавно исследователи из Колорадского университета в Боулдере (США) обнаружили, что под действием грозовых разрядов из внутреннего пояса могут исходить и «дожди» из высокоэнергетических электронов.
Ученые сделали это открытие при анализе данных, полученных со спутников миссии NASA SAMPEX, целью которой является изучение заряженных частиц, поступающих из-за пределов магнитного поля Земли. Всего в течение 1996–2006 гг. было отмечено 45 всплесков двигательной активности высокоэнергетических электронов во внутреннем радиационном поясе. Когда исследователи сопоставили эти события с записями гроз в Северной Америке, то увидели, что некоторые из этих всплесков происходили менее чем через секунду после удара молнии.
При разряде молнии в атмосфере происходит всплеск электромагнитного излучения, включая радиоволны широкого спектра. Летящие в космос радиоволны сталкиваются во внутреннем радиационном поясе с электронами, которые начинают быстро и хаотично «прыгать» между северным и южным полушариями Земли. Некоторые из этих электронов вылетают из магнитного поля и попадают в атмосферу.
Пока неизвестно, как часто происходят такие события. Возможно, это случается в основном в периоды высокой солнечной активности, когда солнце выбрасывает много высокоэнергетических электронов, наполняя ими не только внешний, но и внутренний пояс. Наблюдения за грозами и связанными с ними выбросами опасных заряженных частиц могли бы способствовать лучшему пониманию природы взаимодействий «волна-частица». А возможности предсказать эти выбросы – обезопасить людей и электронику на орбите.
Фото: https://www.flickr.com и https://www.flickr.com
Публикации по теме
Прогноз «космической погоды»
Климат во времени и пространстве
«Железяки в космосе»