Начиная с открытия в 1958 году радиационного пояса Земли, больше известного как «пояс Ван Аллена», учёные в области космических исследований полагали, что эта область магнитосферы нашей планеты состоит из двух, по форме напоминающих пончики, потоков заряженных частиц: внутреннего, состоящего преимущественно из протонов, и внешнего, большая часть которого представлена электронами.
В феврале нынешнего года команда учёных сообщила об удивительном открытии ранее неизвестного третьего радиационного пояса, который был зафиксирован зондами НАСА Van Allen Probes в сентябре 2012 года. Удивительно, но уже спустя месяц узкий пояс, находившийся между внутренним и внешним поясами Ван Аллена, по необъяснимым причинам исчез.
В новом исследовании учёные UCLA смоделировали и аргументировано объяснили загадочное поведение этого третьего кольца, показывая, что высокоэнергетические частицы, известные как ультрарелятивистские электроны движутся по совершенно иным физическим принципам, нежели компоненты двух других радиационных поясов. Пояс Ван Аллена находится в диапазоне от 1 до 50 тысяч км выше поверхности Земли и характеризуется огромной концентрацией высокоэнергетических электронов, движущихся со скорость, близкой к скорости света.
По словам геофизика Yuri Shprits из CLA Department of Earth and Space Sciences, длительное время учёные были убеждены в том, что электроны в поясах движутся по идентичным физическим принципам. Как отмечает учёный, он и его команда выяснила, что пояс Ван Аллена разделён на несколько «популяций», каждой из которых свойственны специфические физические особенности.
Yuri Shprits, который является профессором Skolkovo Institute of Science and Technology, провёл исследования, результаты которого были опубликованы 22 сентября в журнале Nature Physics.
Радиационные пояса Ван Аллена могут представлять серьёзную угрозу для спутников и космических кораблей. Таким образом, лучшее понимание радиации в космосе способствует не только защите КА и оборудования, но и людей.
Ультрарелятивистские электроны, которыми представлен недавно обнаруженный третий пояс, присутствуют и во внутреннем, и во внешнем радиационном поясе. По словам Adam Kellerman, одного из членов исследовательской команды Shprits, этот вид электронов особенно опасен для космических кораблей. Исследователь отмечает, что скорость ультрарелятивистских электронов близка к скорости света, а энергия их движения в несколько раз превышает энергию, содержащуюся в их массе в состоянии покоя. Kellerman добавил, что именно различие между поведение ультрарелятивистских электронов и электронов с более низкой энергией стало ключевым аспектом проводимых исследований.
Shprits и его команда обнаружили, что 1 сентября 2012 года, плазменные волны, сформированные ионами, которые, как правило, не затрагивают энергетические электроны, «захватили» ультрарелятивистские электроны во внешнем радиационном поясе и «протянули» их к внутреннему краю пояса. Лишь незначительная часть ультрарелятивистских электронов выдержала такую геомагнитную бурю. Их них собственно и сформировался третий радиационный пояс. После шторма плазма, возникшая между двумя постоянными поясами, не позволяла электронам взаимодействовать с волнами плазмы из атмосферы Земли. Именно поэтому третий «радиационный щит Земли» разрушился лишь спустя месяц.
Команда Shprits также обнаружила, что низкочастотные электромагнитные пульсации, которые, как полагали учёные, были доминирующими в ускорении и потере электронов радиационного пояса, никак не влияли на ультрарелятивистские электроны.
По словам Shprits, эти исследования позволили им открыть лишь верхушку айсберга. Учёный отмечает, что ему и его команде ещё предстоит выяснить, как именно разгоняются электроны, откуда они вообще берутся и какова причина того, что пояс выглядит совершенно по-разному после каждой бури.
