С 1950-х, когда ученые сначала начали формировать картину этих колец энергичных частиц, наше понимание их формы в основном осталось неизменным – маленький, внутренний пояс, в-основном-пустое-место, известное как регион места, и затем внешний пояс, который является во власти электронов и который является большим и более динамическими из двух. Но новое исследование данных от Ван Аллена Проубса НАСА показывает, что история может не быть настолько простой.
«Форма поясов на самом деле очень отличается в зависимости от того, на какой электрон Вы смотрите», сказал Джефф Ривз от Национальной лаборатории Лос-Аламоса и Консорциума Нью-Мексико в Лос-Аламосе, Нью-Мексико, ведущем авторе на исследовании, опубликованном 28 декабря 2015, в Журнале Геофизического Исследования. «Электроны на различных энергетических уровнях распределены по-другому в этих регионах».Вместо классической картины радиационных поясов – маленького внутреннего пояса, пустого региона места и более крупного внешнего пояса – этот новый анализ показывает, что форма может измениться от единственного, непрерывного пояса без региона места, к большему внутреннему поясу с меньшим внешним поясом, ни к какому внутреннему поясу вообще. Многие различия составляются, рассматривая электроны на различных энергетических уровнях отдельно.
«Это похоже на слушание различных частей песни», сказал Ривз. «Басовая партия кажется отличающейся от вокалов, и вокалы отличаются от барабанов и так далее».Исследователи нашли, что внутренний пояс – пояс меньшего размера на классической картине поясов – намного больше, чем внешний пояс, наблюдая электроны с низкими энергиями, в то время как внешний пояс более крупный, наблюдая электроны в более высоких энергиях. В очень самых высоких энергиях внутренняя структура пояса отсутствует полностью. Так, в зависимости от того, на чем каждый сосредотачивается, у радиационных поясов, может казаться, есть совсем другие структуры одновременно.
Эти структуры далее изменены геомагнитными штормами. Когда стремительный магнитный материал от солнца – в форме быстродействующих потоков солнечного ветра или изгнаний массы кроны – сталкивается с магнитным полем Земли, они посылают ему колебание, создавая геомагнитный шторм.
Геомагнитные штормы могут увеличить или сократить число энергичных электронов в радиационных поясах временно, хотя пояса возвращаются к их нормальной конфигурации через некоторое время.Эти управляемые штормом электронные увеличения и уменьшения в настоящее время непредсказуемы без ясного образца, показывающего, к чему тип или сила шторма приведут что результаты. В сообществе физики космоса есть высказывание: если Вы видели один геомагнитный шторм, Вы видели один геомагнитный шторм. Как оказалось, те наблюдения были в основном основаны на электронах только на нескольких энергетических уровнях.
«Когда мы смотрим через широкий диапазон энергий, мы начинаем видеть некоторые последовательности в штормовой динамике», сказал Ривз. «Электронный ответ на различных энергетических уровнях отличается по деталям, но есть некоторое общее поведение. Например, мы нашли, что электроны исчезают из регионов места быстро после геомагнитного шторма, но местоположение региона места зависит от энергии электронов».Часто, внешний электронный пояс расширяется внутрь к внутреннему поясу во время геомагнитных штормов, полностью заполняя регион места с электронами более низкой энергии и формируя один огромный радиационный пояс.
В более низких энергиях место формируется далее из Земли, производя внутренний пояс, который больше, чем внешний пояс. В более высоких энергиях место формируется ближе к Земле, полностью изменяя сравнительные размеры.Спутники близнеца Ван Аллена Проубса расширяют диапазон энергичных электронных данных, которые мы можем собрать. В дополнение к изучению чрезвычайно высокоэнергетических электронов – переносу миллионов электрон-вольт – который был изучен прежде, Ван Аллен Проубс может захватить информацию об электронах более низкой энергии, которые содержат только несколько тысяч электрон-вольт.
Кроме того, относящиеся к космическому кораблю электроны радиационного пояса меры в большем количестве отличных энергий, чем были ранее возможны.«Предыдущие инструменты только измерили бы пять или десять энергетических уровней за один раз», сказал Ривз. «Но Ван Аллен Проубс измеряет сотни».Измерение потока электронов в этих более низких энергиях оказалось трудным в прошлом из-за присутствия протонов в регионах радиационного пояса, самых близких к Земле.
Эти протоны стреляют через датчики частицы, создавая шумный фон, которого должны были быть выбраны истинные электронные измерения. Но более высокая резолюция, данные Ван Аллена Проубса нашли, что эти электроны более низкой энергии циркулируют намного ближе к Земле, чем ранее мысль.«Несмотря на протонный шум, Исследования Ван Аллена могут однозначно определить энергии электронов, которые он измеряет», сказал Ривз.Точные наблюдения как это, от сотен энергетических уровней, а не только некоторых, позволят ученым создавать более точную и строгую модель того, что, точно, продолжается в радиационных поясах, и во время геомагнитных штормов и в периоды относительного спокойствия.
«Вы можете всегда щипать несколько параметров своей теории заставить его соответствовать наблюдениям на двух или трех энергетических уровнях», сказал Ривз. «Но имеющие наблюдения в сотнях энергий ограничивают теории, которым Вы можете соответствовать к наблюдениям».Джонс Хопкинс Прикладная Лаборатория Физики в Лорель, Мэриленд, построила и управляет Исследованиями Ван Аллена для Научного Управления Миссии НАСА.
Миссия – вторая миссия в Проживании НАСА Со Звездной программой, управляемой Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, Мэриленд.