Наша история холодной войны теперь предлагает ученым возможность лучше понять сложную космическую систему, которая нас окружает. Космическая погода, которая может включать изменения в магнитной среде Земли, обычно вызывается активностью Солнца, но недавно рассекреченные данные об испытаниях ядерных взрывов на большой высоте позволили по-новому взглянуть на механизмы, вызывающие возмущения в этой магнитной системе. Такая информация может помочь поддержать усилия НАСА по защите спутников и астронавтов от естественного излучения, присущего космосу.
С 1958 по 1962 год У. S. и СССР провели высотные испытания с экзотическими кодовыми названиями, такими как Морская звезда, Аргус и Тик. Испытания давно закончились, а цели на тот момент были военные. Однако сегодня они могут предоставить важную информацию о том, как люди могут влиять на космос. Испытания и другая космическая погода, вызванная деятельностью человека, находятся в центре внимания нового всеобъемлющего исследования, опубликованного в Space Science Reviews.
«Испытания были рукотворным и экстремальным примером некоторых эффектов космической погоды, часто вызываемых солнцем», - сказал Фил Эриксон, помощник директора обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института в Вестфорде, штат Массачусетс, и соавтор исследования. бумага. «Если мы поймем, что произошло в контролируемом и экстремальном событии, вызванном одним из этих антропогенных событий, нам будет легче понять естественные изменения в ближней космической среде».
В целом космическая погода, которая влияет на область околоземного пространства, где путешествуют космонавты и спутники, обычно определяется внешними факторами. Солнце испускает миллионы частиц высокой энергии, солнечный ветер, который мчится через солнечную систему, прежде чем столкнуться с Землей и ее магнитосферой, защитным магнитным полем, окружающим планету. Большинство заряженных частиц отклоняются, но некоторые попадают в околоземное пространство и могут воздействовать на наши спутники, повреждая бортовую электронику и нарушая связь или навигационные сигналы. Эти частицы вместе с электромагнитной энергией, которая их сопровождает, также могут вызывать полярные сияния, а изменения в магнитном поле могут индуцировать токи, которые повреждают электрические сети.
Испытания времен холодной войны, в ходе которых взрывались взрывчатые вещества на высоте от 16 до 250 миль над поверхностью, имитировали некоторые из этих естественных эффектов. При детонации первая взрывная волна выбросила расширяющийся огненный шар плазмы, горячий газ из электрически заряженных частиц. Это создало геомагнитное возмущение, которое исказило силовые линии магнитного поля Земли и индуцировало электрическое поле на поверхности.
В ходе некоторых испытаний даже были созданы искусственные радиационные пояса, похожие на естественные радиационные пояса Ван Аллена, слой заряженных частиц, удерживаемый на месте магнитными полями Земли. Искусственно захваченные заряженные частицы оставались в значительном количестве в течение недель, а в одном случае и лет. Эти частицы, природные и искусственные, могут воздействовать на электронику высоколетящих спутников - ведь некоторые из них вышли из строя в результате испытаний.
Хотя искусственные радиационные пояса были физически похожи на естественные радиационные пояса Земли, их захваченные частицы имели разные энергии. Сравнивая энергии частиц, можно отличить частицы, образовавшиеся в результате деления, и частицы, встречающиеся в естественных условиях в поясах Ван Аллена.
Другие тесты имитировали другие природные явления, которые мы наблюдаем в космосе. Тест Тика, который состоялся 1 августа 1958 года, отличался искусственным полярным сиянием. Испытания проводились над островом Джонстон в Тихом океане. В тот же день обсерватория Апиа в Западном Самоа наблюдала очень необычное полярное сияние, которое обычно наблюдается только на полюсах. Энергетические частицы, выпущенные в результате испытания, вероятно, следовали за линиями магнитного поля Земли к полинезийскому островному государству, вызывая полярное сияние. Наблюдение за тем, как тесты вызывали полярные сияния, может дать представление о том, каковы естественные механизмы полярных сияний.
Позже в том же году, когда проводились испытания Argus, эффекты наблюдались по всему миру. Эти тесты проводились на больших высотах, чем предыдущие тесты, что позволяло частицам путешествовать дальше вокруг Земли. Внезапные геомагнитные бури наблюдались от Швеции до Аризоны, и ученые использовали наблюдаемое время событий, чтобы определить скорость, с которой перемещались частицы от взрыва. Они наблюдали две высокоскоростные волны: первая двигалась со скоростью 1860 миль в секунду, а вторая - со скоростью менее четверти этой скорости. В отличие от искусственных радиационных поясов, эти геомагнитные эффекты были кратковременными, всего несколько секунд.
Атмосферные ядерные испытания давно прекращены, и в современной космической среде по-прежнему преобладают природные явления. Однако рассмотрение таких исторических событий позволяет ученым и инженерам понять влияние космической погоды на нашу инфраструктуру и технические системы.