Ученые обнаружили явление, влияющее на радиационные пояса Земли

На этом рисунке показана модель радиационных поясов Земли в разрезе с двумя спутниками Van Allen Probes, пролетающими через них. Автор: NASA illustration

Двое ученых из Университета Аляски в Фэрбанксе обнаружили новый тип «свиста» — электромагнитной волны, которая переносит значительное количество энергии молнии в магнитосферу Земли.

Исследование опубликовано сегодня в журнале Science Advances.

Викас Сонвалкар, почетный профессор, и Амани Редди, доцент, открыли новый тип волны. Волна переносит энергию молнии, которая входит в ионосферу на низких широтах, в магнитосферу. Энергия отражается вверх нижней границей ионосферы, на высоте около 55 миль, в противоположном полушарии.

Ранее считалось, пишут авторы, что энергия молнии, попадающая в ионосферу на низких широтах, оставалась в ионосфере и, следовательно, не достигала радиационных поясов. Пояса представляют собой два слоя заряженных частиц, окружающих планету и удерживаемых на месте магнитным полем Земли.

«Мы как общество зависим от космических технологий», — сказал Сонвалкар. «Современные системы связи и навигации, спутники и космические корабли с астронавтами на борту сталкиваются с вредными энергетическими частицами радиационных поясов, которые могут повредить электронику и вызвать рак».

«Более глубокое понимание радиационных поясов и различных электромагнитных волн, включая волны, возникающие в земных молниях, которые на них воздействуют, имеет жизненно важное значение для деятельности человека в космосе», — сказал он.

Открытие Сонвалкара и Редди представляет собой тип свистящей волны, которую они называют «зеркально отраженным свистом». Свистуны издают свистящий звук, если их воспроизводить через динамик.

Энергия молнии, попадающая в ионосферу на более высоких широтах, достигает магнитосферы в виде другого типа свиста, называемого магнитосферно отраженным свистом, который претерпевает одно или несколько отражений внутри магнитосферы.

Магнитосфера Земли — это область пространства, окружающая планету и созданная магнитным полем Земли. Она обеспечивает защитный барьер, который не позволяет большинству частиц солнечного ветра достичь атмосферы и нанести вред жизни и технике.

Исследования Сонвалкара и Редди показывают, что оба типа свистов — свисты с зеркальным отражением и свисты с магнитосферным отражением — сосуществуют в магнитосфере.

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

Они разработали модель распространения волн, которая при рассмотрении зеркально отраженных свистящих молний показала удвоение энергии молнии, достигающей магнитосферы.

Анализ данных плазменных волн, полученных с помощью зондов Ван Аллена, показал, что зеркально отраженные свистящие звуки являются распространенным магнитосферным явлением.

Большинство молний происходит в низких широтах, которые представляют собой тропические и субтропические регионы, подверженные развитию гроз.

«Это означает, что зеркально отраженные свистящие устройства, вероятно, переносят большую часть энергии молнии в магнитосферу по сравнению с той, которую переносят магнитосферно отраженные свистящие устройства», — сказал Сонвалкар.

Влияние свистящих волн, генерируемых молниями, на физику радиационных поясов и их использование для дистанционного зондирования магнитосферной плазмы исследуются с 1950-х годов.

Сонвалкар и Редди работают на кафедре электротехники и вычислительной техники в инженерно-горном колледже UAF. Редди также связан с Геофизическим институтом UAF.

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

Больше информации: Vikas S. Sonwalkar et al, Specularly reflected whistler: A low-latitude channel to couple lightning energy to the magnetosphere, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2657

Источник: University of Alaska Fairbanks