Ученые обнаружили явление, влияющее на радиационные пояса Земли

Двое ученых из Университета Аляски в Фэрбенксе обнаружили новый тип “вистлера” – электромагнитной волны, которая переносит значительное количество энергии молнии в магнитосферу Земли.

Исследование опубликовано сегодня в журнале Science Advances.

Викас Сонвалкар, заслуженный профессор, и Амани Редди, доцент, открыли новый тип волн. Волна переносит энергию молнии, которая попадает в ионосферу в низких широтах, в магнитосферу. Эта энергия отражается вверх от нижней границы ионосферы на высоте около 55 миль в противоположном полушарии.

Ранее считалось, пишут авторы, что энергия молнии, попадающая в ионосферу в низких широтах, задерживается в ионосфере и поэтому не достигает радиационных поясов. Пояса – это два слоя заряженных частиц, окружающих планету и удерживаемых магнитным полем Земли.

“Мы как общество зависим от космических технологий”, – сказал Сонвалкар. Современные системы связи и навигации, спутники и космические корабли с космонавтами на борту сталкиваются с вредными энергичными частицами радиационных поясов, которые могут повредить электронику и вызвать рак”.

“Лучшее понимание радиационных поясов и разнообразных электромагнитных волн, включая те, что исходят от земных молний, которые воздействуют на них, жизненно важно для работы человека в космосе”, – сказал он.

Открытие Сонвалкара и Редди – это разновидность свистовых волн, которую они назвали “спекулярно отраженным свистовиком”. При воспроизведении через динамик вистлеры издают свистящий звук, шатры крым.

Энергия молнии, попадающая в ионосферу в более высоких широтах, достигает магнитосферы в виде другого типа вистлеров, называемых магнитосферно отраженными вистлерами, которые претерпевают одно или несколько отражений в магнитосфере.

Ионосфера – это слой верхней атмосферы Земли, характеризующийся высокой концентрацией ионов и свободных электронов. Она ионизируется под воздействием солнечной радиации и космических лучей, что делает ее проводящей и крайне важной для радиосвязи, поскольку она отражает и изменяет радиоволны.

Магнитосфера Земли – область пространства, окружающая планету и созданная магнитным полем Земли. Она представляет собой защитный барьер, который не позволяет большинству частиц солнечного ветра достигать атмосферы и наносить вред жизни и технике.

Исследование Сонвалкара и Редди показывает, что в магнитосфере сосуществуют оба типа вистлеров – специфически отраженные вистлеры и магнитосферно отраженные вистлеры.

В своем исследовании авторы использовали данные о плазменных волнах, полученные с помощью зондов НАСА Van Allen Probes, которые были запущены в 2012 году и проработают до 2019 года, а также данные о молниях, полученные с помощью Всемирной сети обнаружения молний.

Они разработали модель распространения волн, которая при учете спекулярно отраженных вистлеров показала удвоение энергии молнии, достигающей магнитосферы.

Обзор данных о плазменных волнах с зондов Ван Аллена показал, что спекулярно отраженные вистлеры – распространенное магнитосферное явление.

Большинство молний возникает в низких широтах – тропических и субтропических регионах, склонных к развитию гроз.

“Это означает, что зеркально отраженные вистлеры, вероятно, переносят большую часть энергии молнии в магнитосферу по сравнению с магнитосферно отраженными вистлерами”, – говорит Сонвалкар.

Влияние волн вистлеров, генерируемых молнией, на физику радиационного пояса и их использование для дистанционного зондирования магнитосферной плазмы исследуется с 1950-х годов.

Сонвалкар и Редди работают на кафедре электротехники и вычислительной техники в Колледже инженерных и горных наук UAF. Редди также является сотрудником Геофизического института UAF.

Исследования Сонвалкара и Редди поддерживаются грантами Национального научного фонда и NASA EPSCoR, учрежденной программы стимулирования конкурентоспособных исследований.