В магнитосфере найдены генераторы "электронов-убийц"

[madcat]

Американские ученые уточнили, как электроны в радиационных поясах Земли разгоняются до околосветовых скоростей, становясь "убийцами", способными повреждать космические аппараты. Значительную роль в этом играют радиоволны особого типа - свистящие атмосферики, сообщает NASA.

В магнитном поле Земли есть две тороидальные (бубликообразные) области, в которых удерживаются и накапливаются заряженные частицы высоких энергий. Эти области называются внешним и внутренним радиационными поясами (в западной традиции - поясами Ван Аллена). Внутренний пояс располагается на высоте около четырех тысяч километров и состоит из протонов и электронов, внешний - на высоте около 17 тысяч километров и состоит из электронов.

Во внешнем поясе многие электроны разгоняются до околосветовых скоростей. В западной традиции такие электроны называют "убийцами" (killer electrons), так как они повреждают оборудование (солнечные батареи спутников, их датчики и микросхемы) и представляют потенциальную опасность для астронавтов, которым (как экипажу "Аполло") придется пролетать сквозь пояс. Как именно происходит ускорение электронов, пока до конца не ясно.

Исследование группы ученых под руководством Цинтии Кэттелл (Cynthia Cattell) подтвердило гипотезу о том, что существенную роль в этом играют особые низкочастотные электромагнитные волны, называемые (свистящими) атмосфериками или вистлерами (whistlers). Атмосферики имеют частоту от 1 до 30 килогерц (то есть это радиоволны), возникают, в частности, вследствие удара молнии.

Группа Кэттелл обнаружила, что атмосферики могут быть в десять раз мощнее, чем считалось ранее. Электроны поглощают их энергию и достигают скорости, составляющей до 99 процентов от скорости света. Оказалось, что ускорение может происходить очень быстро - за доли секунды. Ранее считалось, что для этого необходимы минуты или даже часы.

Открытие было сделано благодаря аппаратам-двойникам STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory - обсерватория солнечно-земных отношений), которые займутся изучением Солнца: один, двигаясь впереди Земли, другой - сзади. На аппаратах были установлены приборы TDS (Time-domain sampler, временной пробоотборник), предназначенные для изучения волн в солнечном ветре. Разработчик TDS Кит Гетц (Keith Goetz) настоял, чтобы они были включены заранее, когда STEREO еще находились вблизи Земли.

12 декабря 2006 года STEREO со включенными TDS по очереди проходили через внешний радиационный пояс. Из-за магнитосферной суббури в нем образовалось много атмосфериков, которые и зафиксировал второй аппарат STEREO.


Внешний и внутренний радиационные пояса (в разрезе, на самом деле оба тороидальных пояса полностью окружают Землю). Изображение NASA Scientific Visualization Studio/Walt Feimer.