NASA CubeSat обнаружил новые радиационные пояса после солнечной бури в мае 2024 года

Солнечная буря в мае 2024 года создала два дополнительных радиационных пояса, зажатых между двумя постоянными поясами Ван Аллена. Один из новых поясов, показанный фиолетовым цветом, включал популяцию протонов, что придало ему уникальный состав, который не наблюдался ранее. Автор: NASA/Goddard Space Flight Center/Kristen Perrin

Самая крупная солнечная буря за два десятилетия обрушилась на Землю в мае 2024 года. В течение нескольких дней волна за волной высокоэнергетических заряженных частиц от Солнца сотрясали планету. Яркие полярные сияния охватили небо, а некоторые коммуникации GPS были временно нарушены.

Новые пояса, образовавшиеся между двумя другими, которые постоянно окружают Землю, называются поясами Ван Аллена. Имеющие форму концентрических колец высоко над экватором Земли, эти постоянные пояса состоят из смеси высокоэнергетических электронов и протонов, которые удерживаются на месте магнитным полем Земли. Энергичные частицы в этих поясах могут повредить космические корабли и подвергнуть опасности астронавтов, которые через них пролетают, поэтому понимание их динамики является ключом к безопасным космическим полетам.

Открытие новых поясов, которое стало возможным благодаря спутнику NASA Colorado Inner Radiation Belt Experiment (CIRBE) и опубликовано 6 февраля 2025 года в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics, особенно важно для защиты космических аппаратов, запускаемых на геостационарные орбиты, поскольку они проходят через пояса Ван Аллена несколько раз, прежде чем достигнут своей конечной орбиты.

CIRBE CubeSat в лаборатории перед запуском. CIRBE был разработан и построен LASP в Университете Колорадо в Боулдере. Автор: Xinlin Li/LASP/CU Boulder

Новые пояса поражают ученых

Временные пояса были обнаружены в результате крупных солнечных бурь и раньше. Но в то время как предыдущие пояса состояли в основном из электронов, самый внутренний из двух новых поясов также включал энергичные протоны. Этот уникальный состав, вероятно, обусловлен силой и составом солнечной бури.

«Когда мы сравнили данные до и после шторма, я сказал: «Ух ты, это что-то действительно новое», — сказал ведущий автор статьи Синьлинь Ли, профессор Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) и кафедры аэрокосмических инженерных наук Университета Колорадо в Боулдере. «Это действительно потрясающе».

Новые пояса также, похоже, просуществовали намного дольше, чем предыдущие пояса. В то время как предыдущие временные пояса просуществовали около четырех недель, новый пояс, состоящий в основном из электронов, просуществовал более трех месяцев. Другой пояс, который также включает протоны, просуществовал намного дольше, чем электронный пояс, поскольку он находится в более стабильной области и менее подвержен физическим процессам, которые могут выбить частицы с орбиты. Вероятно, он все еще там сегодня.

«Это действительно высокоэнергетические электроны и протоны, которые нашли свой путь во внутреннюю магнитную среду Земли», — сказал Дэвид Сибек, бывший научный сотрудник миссии NASA Van Allen Probes и научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, который не принимал участия в новом исследовании. «Некоторые из них могут оставаться в этом месте очень долго».

Как долго такие пояса будут существовать, зависит от проходящих солнечных бурь. Крупные бури могут обеспечить энергию, чтобы выбить частицы в этих поясах с их орбит и отправить их по спирали в космос или на Землю. Одна такая буря в конце июня значительно уменьшила размер нового электронного пояса, а другая в августе почти стерла остаток этого электронного пояса, хотя небольшая популяция высокоэнергетических электронов выдержала.

CubeSat по счастливой случайности возвращается к жизни, чтобы сделать открытие

Новое открытие было сделано спутником CIRBE НАСА, кубсатом размером с обувную коробку, который вращался вокруг магнитных полюсов планеты по низкой околоземной орбите с апреля 2023 года по октябрь 2024 года. На CIRBE был установлен прибор под названием «Релятивистский электронно-протонный телескоп, интегрированный малый эксперимент-2» (REPTile-2) — миниатюрная и модернизированная версия прибора, который находился на борту зондов НАСА Van Allen, которые впервые открыли временный электронный пояс в 2013 году.

После года в космосе CubeSat столкнулся с аномалией и неожиданно затих 15 апреля 2024 года. Ученые были разочарованы, пропустив солнечную бурю в мае, но смогли положиться на другие космические аппараты, чтобы предоставить некоторые предварительные данные об электронном поясе. К счастью, 15 июня космический аппарат вернулся к жизни и возобновил измерения. Данные предоставили информацию с высоким разрешением, которую не мог получить ни один другой инструмент, и позволили ученым понять величину новых поясов.

«После того, как мы возобновили измерения, мы смогли увидеть новый электронный пояс, который не был виден в данных с других космических аппаратов», — сказал Ли.

Ли сказал, что вывод CubeSat на орбиту для измерения эффекта солнечной бури был горько-сладким. Хотя это дало возможность измерить эффект такого крупного события, буря также увеличила атмосферное сопротивление CubeSat, что привело к преждевременному снижению его орбиты. В результате CubeSat был сведен с орбиты в октябре 2024 года. Однако данные космического корабля оправдывают все это.

«Мы очень гордимся тем, что наш очень маленький CubeSat сделал такое открытие», — сказал Ли.

Больше информации: Xinlin Li et al, A New Electron and Proton Radiation Belt Identified by CIRBE/REPTile‐2 Measurements After the Magnetic Super Storm of 10 May 2024, Journal of Geophysical Research: Space Physics (2025). DOI: 10.1029/2024JA033504

Источник: NASA