Учёные обнаружили новую, постоянную структуру в одном и двух радиационных поясов, окружающих Землю. Два абсолютно идентичных спутника NASA «Van Allen Probes» показали, что высокоэнергетические электроны во внутреннем радиационном поясе образуют весьма специфический узор, который напоминает наклонные полосы зебры. Удивительно, но эта структура сформирована медленным вращением Земли, которое ранее считали неспособным повлиять на движение частиц радиационных поясов, которые характеризуются скоростью, близкой к скорости света.
Учёные ранее считали, что за образованием каких-либо структур в радиационных поясах нашей планеты стоит увеличение активности солнечного ветра. Однако, эти полосы, имитирующие окрас зебры, как было установлено, видны даже при низкой активности солнечного ветра, в результате чего учёные были вынуждены искать новый фактор, обусловивший столь необычный узор электронов. Эти поиски привели к весьма неожиданному открытию. Оказалось, что параллельные полосы из скоплений электронов в радиационном поясе Ван Аллена обусловлены вращением Земли. О результатах открытия сообщается в одной из статей, опубликованных 20 марта 2014 года в журнале «Nature».
По словам Aleksandr Ukhorskiy из лаборатории Applied Physics Laboratory (APL) Университета Джона Хопкинса (Балтимор, штат Мэриленд), который является ведущим автором опубликованной статьи об открытии, именно благодаря беспрецедентному разрешению спутников Radiation Belt Storm Probes (Van Allen Probes), он и его коллеги установили, что электроны в радиационном поясе Земли выстраиваются в параллельные полосы, аналогичные полоскам на теле зебры. Он также отметил, что проведенное моделирование позволило установить, что «зебровые полосы» возникают по той причине, что у Земли есть собственное электрическое поле, возникающее из-за несовпадения оси вращения Земли и её магнитной оси. Aleksandr Ukhorskiy признается, что это открытие –великолепный пример того, как новые данные способны изменить все представление о физических свойствах.
Из-за наклона оси магнитного поля Земли, вращение планеты производит колебания – слабое электрическое поле, проникающее через внутренний радиационный пояс. Дабы понять, как электрическое поле влияет на электроны, Ukhorskiy предложил своим коллегам вообразить, что электроны подобны вязкой жидкости. Глобальные колебания медленно растягивают и сворачивают вязкую жидкость, подобно тому как вытягивают ириски на кондитерской машине. Растяжение приводит к образованию полосатого узора, присущего всему внутреннему радиационному поясу, простирающемуся в атмосфере Земли от 800 км над поверхностью планеты до высоты в 13 тысяч км.
Радиационные пояса – это динамические области формы тороида, опоясывающие нашу планету. Состоят пояса Ван Аллена их высокоэнергетических частиц, электронов и заряженных частиц, называемых ионами, которые пойманы в «ловушку» магнитным полем Земли. Уровни излучения, проходящего через радиационные пояса, обусловлены солнечной активностью, которая отвечает за поступление энергии и частиц в околоземное космическое пространство. Во время активных фаз на Солнце уровни излучения могут резко увеличиваться, что приводит к опасным условиям космической погоды, которые наносят вред не только орбитальным космическим аппаратам, но и подвергают опасности астронавтов, находящихся в космосе. Цель миссии Van Allen Probes заключается в том, чтобы понять, почему со временем уровень радиации в поясах меняется.
По словам David Sibeck, ученого команды Van Allen Probes в NASA’s Goddard Space Flight Center, прибор RBSPICE характеризуется чрезвычайно высоким разрешением, благодаря которому учёные смогли идентифицировать полосы в радиационном поясе Земли, о существовании которых ранее они даже не подозревали. Он также отмечает, что нельзя недооценивать отличную команду учёных, которые смогли интерпретировать данные зондов без предварительного анализа сильных теоретиков.
Учёные не исключают, что аналогичные «зебровые полосы» присущи радиационным поясам и других планет Солнечной системы, характеризующихся магнитным полем, в частности, Юпитера и Урана. Инженеры в свою очередь считают целесообразным учитывать этот факт при разработке конструкции межпланетных космических аппаратов и спутников.
NASA запустило Van Allen Probes летом 2012 года. APL специализируется на разработке и строительстве космических аппаратов для Science Mission Directorate NASA. Это вторая миссия в рамках программы NASA Living With a Star, которой управляет Goddard Space Flight Center. Программа предусматривает исследование аспектов системы Земля-Солнце, которые непосредственно влияют на жизнь и общество.
