В 1958 году учёные обнаружили два гигантских радиационных пояса вокруг Земли, которые серьёзно озадачили исследователей, поскольку по поводу этих областей магнитосферы планеты, где аккумулируются высокоэнергетические заряженные частицы, у них было очень много вопросов. Больше всего учёных интересует — что ускоряет частицы в радиационных поясах (в основном протоны и электроны) почти до скорости света? Лучшее из возможных объяснения – это некая электромагнитная волна, проходящая через пояса, которая будто бы толкает частицы, придавая им ускорение, подобно тому как волны в океане ускоряют доску сёрфингиста.
В августе 2012 года NASA запустило два идентичных космических зонда RBSP (Radiation Belt Storm Probes), которые должны помочь выявить волны, кскоряющие частицы внутри радиационных поясов Ван Аллена. Теперь, благодаря наблюдения этих космических аппаратов, которые показывают радиационные пояса с беспрецедентной точностью, учёным удалось выяснить, что в них присутствует больше низкочастотных волн, нежели предполагалось ранее, которые, как думают учёные, и ускоряют протоны и электроны практически до скорости света. Результаты проведенных исследований были опубликованы в Nature Communications 19 ноября 2013 года.
По словам David Sibeck, учёного миссии Van Allen Probes из Goddard Space Flight Center, эти наблюдения показывают лишь самые яркие примеры низкочастотных волн, среди тех, которые ему и коллегам удалось увидеть. Исследователь также отметил, что важно включить все выявленные типы волн в разрабатываемые модели для того, чтобы лучше понять, что приводит в движение частицы внутри сложных по структуре радиационных поясов.
Пояса Ван Аллена действительно очень сложные и непредсказуемые образования, поскольку способны видоизменять свою форму и размер в зависимости от поступающей от Солнца энергии и частиц. Инженеры не исключают, что в виду непредсказуемости космической погоды спутники могут быть «захвачены» радиационными поясами, которые не только могут питать энергией космические аппараты, но и привести к замыканию внутренний компонентов электроники. Лучшее понимание процессов, происходящих внутри поясов, позволит в конечном итоге защитить зонды от возможных повреждений.
По словам Ian Mann из University of Alberta in Canada, который является автором научной публикации, околоземное пространство лежит в основе магнитного поля нашей планеты, которое может быть «встревожено» даже незначительным солнечным излучением. При сравнении с более экзотическими астрофизическими объектами, система Земли кардинально отличается, но тем не менее не похоже на то, что она способна ускорять частицы до огромных скоростей. С тех пор, как были обнаружены радиационные пояса Ван Аллена, учёные пытаются понять, что именно происходит в космическом пространстве, окружающем нашу планету, в частности, пытаются разгадать загадку этого таинственного ускорителя частиц.
На данных зондов RBSP этот ускоритель виден с беспрецедентных деталях. Результаты этих космических аппаратов играют важное значение для понимания ускорения космических частиц во Вселенной, там, куда долететь КА не смогут.
Mann искал в наблюдения зондов RBSP примеры того, как низкочастотные волны могли бы влиять на скорость частиц. Радиационные пояса состоят из газа с энергетически запряженными частицами, то есть из так называемой плазмы. Плазма подчиняется многим электромагнитным законам физики, в частности, ей присуще множество типов плазменных волн, многие из которых могли бы способствовать ускорению частиц.
В общем, частицы в радиационных поясах Ван Аллена могут придерживаться 3-х «курсов» движения: вращаясь вокруг магнитных полей по спирали; отскакивая вперёд-назад вдоль линий магнитного поля; вращаясь вокруг Земли в орбитах с периодом всего в несколько минут.
Mann и его коллеги нашли ряд ускоряющихся частиц, «подпись» которых свидетельствовала о том, что они были ускорены низкочастотными волнами, названными Ультранизкочастотными волнами (ULF). Эти волны характеризуются своевременными синхронизированными толчками.
По словам Mann, учёные и ранее предполагали, что такой процесс ускорения мог присутствовать в радиационных поясах, однако теперь их предположения полностью подтвердились.
Данные космических зондов RBSP также показали, что механизм ускорения действует намного быстрее, чем в стандартных моделях ULF взаимодействия. Mann планирует увеличить количество ультранизкочастотных волн в своих моделях, для того, чтобы посмотреть, как это скажется на дальнейших процессах.
