В феврале этого года команда ученых сообщила об удивительном обнаружении ранее неизвестного третьего радиационного кольца – узкое, которое кратко появилось между внутренними и внешними кольцами в сентябре 2012 и сохранилось в течение месяца.В новом исследовании специалисты в области космических исследований Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе успешно смоделировали и объяснили беспрецедентное поведение этого третьего кольца, показав, что чрезвычайно энергичные частицы, которые составили это кольцо, известное как ультрарелятивистские электроны, стимулирует совсем другая физика, чем, как правило, наблюдаемые частицы радиационного пояса Ван Аллена. Регион, в пределах от которого пояса занимают – на приблизительно 1 000 – 50 000 километров выше поверхности Земли – заполнен электронами, настолько энергичными, они двигаются близко к скорости света.
«В прошлом ученые думали, что все электроны в радиационных поясах вокруг Земли повиновались той же самой физике», сказал Юрий Шпритс, геофизик исследования с Отделом Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Земли и Космических исследований. «Мы находим теперь, когда радиационные пояса состоят из различного населения, которое ведут совсем другие физические процессы».Shprits, который является также адъюнкт-профессором в Институте Сколково России Науки и техники, новом университете, совместно организованном MIT, привел исследование, которое опубликовано 22 сентября в журнале Nature Physics.Пояса Ван Аллена могут создать серьезную опасность для спутников и космического корабля с опасностями в пределах от незначительных аномалий к полному провалу критических спутников. Лучшее понимание радиации в космосе способствует к защите людей и оборудования, сказал Шпритс.
Ультрарелятивистские электроны – который составил третье кольцо и присутствует и во внешних и во внутренних поясах – особенно опасны и могут проникнуть посредством ограждения наиболее защищенных и самых ценных спутников в космосе, отметил Шпритса и Адама Келлермана, научного сотрудника штата в группе Шпритса.«Их скорость очень близко к скорости света, и энергия их движения несколько раз больше, чем энергия, содержавшаяся в их массе, когда они в покое», сказал Келлерман. «Различие между поведением ультрарелятивистских электронов и те в более низких энергиях были ключевыми для этого исследования».
Shprits и его команда нашли, что 1 сентября 2012, плазменные волны, произведенные ионами, которые, как правило, не затрагивают энергичные электроны «, выкрикнули ультрарелятивистские электроны во внешнем поясе почти вниз к внутреннему краю внешнего пояса». Только узкое кольцо ультрарелятивистских электронов пережило этот шторм.
Этот остаток сформировал третье кольцо.После шторма холодный пузырь плазмы вокруг Земли расширился, чтобы защитить частицы в узком кольце от волн иона, позволив кольцу сохраниться.
Группа Шпритса также нашла, что очень низкая частота электромагнитные пульсации, которые, как думали, были доминирующими в ускорении и потере электронов радиационного пояса, не влияла на ультрарелятивистские электроны.Радиационные пояса Ван Аллена «больше нельзя рассматривать как одну последовательную массу электронов. Они ведут себя согласно своим энергиям и реагируют различными способами к беспорядкам в космосе», сказал Шпритс, которого чествовал президент Обама в прошлом июле с Президентской Ранней Карьерной Премией за Ученых и Инженеров.«Ультрарелятивистские частицы перемещаются очень быстро и не могут быть на правильной частоте с волнами, когда они близко к экваториальному самолету», сказала Ксения Орлова, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе постдокторский ученый в группе Шпритса, которая финансируется Товариществом Джека Эдди НАСА. «Это – главная причина, ускорение и рассеивающийся в атмосферу ультрарелятивистских электронов этими волнами менее эффективно».
«Это исследование показывает, что совершенно другое население частиц существует в космосе, которые изменяются на различных временных рамках, ведутся различной физикой и показывают совсем другие пространственные структуры», сказал Шпритс.Команда выполнила моделирования с моделью радиационных поясов Земли в течение периода с конца августа 2012 к началу октября 2012.
Моделирование, проводимое использование физики ультрарелятивистских электронов и условий космической погоды, проверенных наземными станциями, соответствовало наблюдениям от миссии Ван Аллена Проубса НАСА необычно хорошо, подтверждая теорию команды о новом кольце.«У нас есть замечательное соглашение между нашей моделью и наблюдениями, обоими затрагиванием широкого спектра энергий», сказал Дмитрий Субботин, бывший аспирант Shprits и нынешний научный сотрудник штата Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.«Я полагаю, что с этим исследованием мы раскрыли верхушку айсберга», сказал Шпритс. «Мы все еще должны полностью понять, как эти электроны ускорены, где они происходят и как динамика поясов отличается для различных штормов».
Радиационные пояса земли были обнаружены в 1958 Исследователем I, первый американский спутник, который поехал в пространство.