Землю окружают два огромных кольца, называемых радиационными поясами Ван Аллена, состоящих из сильно заряженных ионов и электронов. Различные процессы могут разгонять эти частицы до релятивистских скоростей, что подвергает опасности космические аппараты, которым не посчастливилось войти в эти гигантские полосы разрушительного излучения. Ранее ученые определили определенные факторы, которые могут вызывать сильное возбуждение частиц в поясах, но они не знали, какая причина преобладает.
Теперь, с новым исследованием NASA Van Allen Probes and Time History of Events and Macroscale Interactions its Substorms - THEMIS - миссиями, опубликованными в Geophysical Research Letters, вердикт вынесен. Главным виновником является процесс, известный как локальное ускорение, вызванный электромагнитными волнами, называемыми хоровыми волнами. Названные в честь своих характерных повышающихся тонов, напоминающих щебетание птиц, хоровые волны ускоряют частицы, толкая их вперед, как устойчивая рука, многократно раскачивающая качели. Этот процесс не был общепринятой теорией до миссии Van Allen Probes.
Установление основной причины расширения радиационного пояса дает ключевую информацию для моделей, которые прогнозируют космическую погоду и, таким образом, защищают наши технологии в космосе.
"В прошлом у нас были исследования, в которых рассматривались отдельные события, поэтому мы знали, что локальное ускорение будет важно для некоторых событий, но я думаю, что было неожиданностью, насколько важным было локальное ускорение, ", сказал Алекс Бойд, ведущий автор и исследователь Консорциума Нью-Мексико, Лос-Аламос, Нью-Мексико. «Результаты, наконец, разрешают этот главный спор, который у нас был по поводу радиационных поясов в течение ряда лет."
Есть две основные причины возбуждения частиц в поясах Ван Аллена: радиальная диффузия и локальное ускорение. Радиальная диффузия, которая часто происходит во время солнечных бурь - гигантских притоков частиц, энергии и магнитных полей от Солнца, которые могут изменить нашу космическую среду - медленно и неоднократно подталкивает частицы ближе к Земле, где они получают энергию от магнитных полей, с которыми они сталкиваются. Многие ученые долгое время считали, что это основная или даже единственная причина возбуждения.
Однако в начале своей миссии зонды Ван Аллена показали, что локальное ускорение, вызванное взаимодействием частиц с волнами флуктуирующих электрических и магнитных полей, также может снабжать частицы энергией. Новое исследование, в котором рассматривалось почти сотня событий за почти пять лет, показывает, что эти взаимодействия волн и частиц ответственны за возбуждение частиц вокруг Земли в 87 процентах случаев..
Ученые знали, что работает локальное ускорение, потому что они наблюдали, как горы энергичных частиц растут в одном месте, как предсказывает механизм локального ускорения, а не скользят к Земле, как диффузия.
Это большой процент для процесса, который не считался сильным кандидатом даже пять лет назад. «Радиальная диффузия определенно важна для радиационных поясов, но взаимодействия волн и частиц гораздо важнее, чем мы думали», - сказал Джефф Ривз, соавтор Консорциума Нью-Мексико..