Решена полувековая загадка магнитосферы Земли

В 1960 г. НАСА запустило шесть спутников для изучения земной атмосферы и магнитосферы и пространства между Землей и Луной. Используя наблюдения этих спутников, Кристофер Рассел (Christopher Russell), в то время аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), обнаружил загадочные плазменные волны в радиационных поясах Ван Аллена – тороидальных кольцах, окружающих Землю и содержащих частицы высокой энергии, захваченные магнитным полем планеты.

Названные экваториальным шумом, или шумом Рассела, эти волны являются одними из наиболее часто наблюдаемых выбросов в околоземном пространстве. Но до недавнего времени ученые не могли объяснить, как эти волны возбуждаются. Теперь, после почти полувека, загадка была решена.

Юрий Шприц (Yuri Shprits), ученый-геофизик из Колледжа UCLA, и его коллеги открыли структуру этих волн, когда они располагались очень близко к экватору. Ученые наблюдали 13 равноотстоящих линий, измеренных двумя спутниками Европейского космического агентства Cluster, и обнаружили высоко структурированные спектрограммы волн, которые выглядят как зебра пешеходного перехода.

«Это действительно замечательно, как природа сумела сделать такие четкие, очень узкие и периодические линии в пространстве», - сказал Ю. Шприц, который возглавлял исследование вместе с Михаилом Балихиным (Michael Balikhin) из университета Шеффилда.

Открытие представляет собой значительный шаг вперед, потому что частицы высокой энергии могут быть опасными для спутников и человека в космосе.

Космический аппарат Европейского кластера наблюдал кольцевые распределения протонов в пространстве, которые обеспечивают энергию для плазменных волн. Моделирование волн на основе этих наблюдений представило дополнительные доказательства, что волны возбуждаются так называемыми кольцевыми распределениями протонов.

Ученые проявляли особый интерес к экваториальному шуму, потому что он может ускорять частицы в поясах Ван Аллена до высоких энергий и вызывать их исчезновение в атмосфере. Это явление может иметь важные последствия для космической погоды и может играть важную роль в ускорении и рассеянии электронов и ионов этими волнами, которые могут вызвать проблемы, начиная от незначительных аномалий до полного отказа критических спутников. Лучшее понимание космического излучения будет способствовать лучшей защите астронавтов и оборудования, сказал Шприц. Он также добавил, что подобные механизмы генерации волн могут также иметь место и в отдаленных уголках Вселенной в магнитосферах внешних планет, близких к звезде.

Проф. Рассел, который также является главным исследователем миссии НАСА Dawn, был доволен результатами. «Интересно, что с работой Юрия, почти полвека спустя, ученые, наконец, делают измерения в космосе, которые объясняют удивительные наблюдения, сделанные в 1966 г. и представленные в моей диссертации в 1968 г., - сказал он. - Волны были настоящей головоломкой, и теперь она получила решение».

Моделирование волн было сделано Луньдзинь Ченем (Lunjin Chen), который получил докторскую степень в Калифорнийском университете в 2011 году и в настоящее время является доцентом в университете Техаса в Далласе.

Магнитосфера Земли является домом для плазменных волн, изучаемых Юрием Шприцем и его коллегами