Наука и технологии России

Вход Регистрация

Зонды NASA изучат радиационные пояса Земли

Сегодня с космодрома на мысе Канаверал должна стартовать ракета Atlas V 410 с двумя зондами Radiation Belt Storm Probes (RBSP). Они соберут информацию о радиационных поясах нашей планеты, опасных для спутников и космонавтов и скрывающих немало загадок фундаментальной физики.

Частицы_высоких_энергий Частицы высоких энергий взяли Землю в двойное кольцо. Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Счётчик зашкалило

Землю опоясывают два тороидальных кольца, где сосредоточены огромные потоки заряженных частиц высоких энергий. Их захватывает и удерживает магнитное поле планеты. Внутренний пояс состоит преимущественно из протонов, внешний – из электронов. Расположены они на высотах 4 и 17 тысяч километров.

Михаил_Панасюк
Михаил Панасюк настаивает, что советские и американские физики открыли радиационные пояса практически одновременно

Открыли радиационные пояса в конце 50-х – в разгар космической гонки двух сверхдержав. Эхо того противостояния слышно до сих пор: за рубежом феномен называют поясами Ван Аллена, чем недовольны многие российские физики. Почему? Поясняет Михаил Панасюк, директор НИИ ядерной физики МГУ. Едва услышав фамилию Ван Аллена, он с азартом стал рассказывать STRF.ru о событиях полувековой давности:

«Первый прибор для изучения космических лучей был установлен на втором советском искусственном спутнике Земли. Он был запущен в ноябре 1957 года и впервые доставил в космос живое существо – собаку Лайку. Простой счётчик Гейгера-Мюллера на борту спутника позволял регистрировать частицы высоких энергий. Академик Вернов, директор Института ядерной физики МГУ, и его коллеги обнаружили неожиданное превышение интенсивности скорости счёта детектора. Это указывало на присутствие дополнительных потоков радиации. В то время на Солнце как раз произошла вспышка. Естественно, учёные предположили, что всплеск интенсивности обусловлен потоком ускоренных частиц солнечного происхождения. К сожалению, физики ошиблись. Их детектор зарегистрировал частицы, захваченные магнитным полем Земли. Феномен был совершенно новым, и его интерпретация пришла не сразу.

Второй эксперимент осуществил американский астрофизик Ван Аллен из штата Айова. Он установил такой же счётчик Гейгера-Мюллера на первом американском спутнике Explorer-1, стартовавшем в январе 1958 года. Первая интерпретация результатов в США также была неверной. Ван Аллен предположил, что прибор зарегистрировал низкоэнергичные частицы полярных сияний.

Но буквально через три-четыре месяца всё встало на свои места. Физики поняли, что столкнулись с совершенно новым явлением. Причём происхождение частиц в радиационных поясах российские и американские учёные объяснили практически одновременно. Просто фантастика! Разница составляла, наверное, одну-две недели. В России это были Вернов и Лебединский, а в США – Зингер. Кстати, он жив до сих пор. В каком-то плане он был конкурентом Ван Аллена: тоже участвовал в конкурсе по установке прибора на борт первого американского спутника – и проиграл».

Цель миссии

Радиационные пояса представляют серьёзную опасность для аппаратуры на орбите. Вспышки на Солнце вызывают магнитные бури на Земле, усиливают потоки заряженных частиц в околоземном пространстве и в итоге наносят вред спутникам: электроника выходит из строя, материалы деградируют. Зонды RBSP помогут строить более точные прогнозы космической погоды и снизить радиационные риски. Кроме того, миссия призвана решить вопросы из области теоретической физики.

Анатолий_Петрукович
Анатолий Петрукович: «Изучение магнитосферы Земли важно и для астрофизики»
Справка STRF.ru:
Анатолий Алексеевич Петрукович – член-корреспондент РАН, заведующий отделом физики космической плазмы Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук, специалист в области магнитосферы Земли

«До сих пор непонятно, как электроны в магнитосфере Земли ускоряются вплоть до релятивистских энергий, – рассказывает Анатолий Петрукович. – Характерная для магнитосферных электронов энергия – килоэлектронвольт. Любая заряженная частица может “добыть” в магнитосфере Земли, пролетев её из конца в конец, максимум около 100 килоэлектронвольт, во время магнитных бурь – 200 килоэлектронвольт. А электроны ускоряются до 2–3 мегаэлектронвольт, то есть где-то “добирают” почти два порядка энергии. Предполагается, что они постепенно ускоряются в радиационном поясе и этот процесс длится несколько суток. Однако для электрона это просто бесконечность, ведь он за пару десятков секунд может пролететь через всю магнитосферу. Что же происходит? Точного ответа мы пока не знаем. Предложено множество гипотез, но экспериментального подтверждения они пока не получили.

Изучение магнитосферы Земли важно и для астрофизики. В магнитосферах нейтронных звёзд и белых карликов работают похожие механизмы, только на гораздо более высоких энергиях. Так что данные с нашей орбиты позволят лучше понять, что происходит в далёких уголках Вселенной».

Подробности полёта

Зонды NASA выйдут на орбиту, близкую к геопереходной, промежуточной между низкой околоземной и геостационарной орбитами. Перигей у неё низкий, апогей близкий к геостационарной орбите. Это стандартная орбита для вывода геостационарных спутников, запуск на неё хорошо отработан. Спутники будут лететь по орбите друг за другом и быстро, в течение часа, сканировать радиационные пояса. Заряженные частицы впервые измерят во всех энергетических диапазонах – от ионосферных энергий в несколько электронвольт до мегаэлектронвольт. Кроме того, в широком диапазоне частот зонды будут наблюдать электромагнитные поля, ответственные за ускорение электронов.

Почему зондов два? Кроме всего прочего – в целях резервирования. Но на первом месте – желание получить больше информации. Например, учёным пока неизвестно, как пополняется радиационный пояс. Одно мнение – электроны приходят из внешней среды и постепенно проникают внутрь магнитосферы. Другой вариант – электроны сразу попадают глубоко в магнитосферу, там ускоряются и диффундируют наружу. Чтобы понять, какая из гипотез верна, как раз и нужны два аппарата. По задержке во времени регистрации одного и того же события можно различить, с какой стороны приходит возмущение.

А что у нас?

Роскосмос старается не отставать от NASA в плане изучения радиационных поясов. Сейчас измерения проводят метеорологические спутники. В следующем году должен выйти на орбиту вузовский спутник «Ломоносов». На борту будет прибор, созданный сотрудниками НИИ ядерной физики МГУ вместе с коллегами из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе.

– К сожалению, запуск спутника «Ломоносов» был отложен на год по независящим от нас причинам. Мы планировали летать одновременно с американскими зондами. Была бы уже маленькая флотилия, – рассказывает Михаил Панасюк.

Другой проект под названием «Резонанс» должен быть запущен через два-три года. Его задача – изучить внешний радиационный пояс на принципах, несколько отличающихся от нынешней миссии США. Американские аппараты летают в плоскости экватора, а наши выйдут на орбиту, более близкую к полярной, перпендикулярной к плоскости эклиптики. Кроме того, американцы быстро пролетают радиационный пояс насквозь, а российская орбита магнитосинхронная. Другими словами, спутник довольно долго висит на одном расстоянии от Земли и вращается вместе с ней, то есть пребывает в одной точке радиационного пояса. Это позволит исследовать, как процессы ускорения электронов развиваются во времени.

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 1

Галереи

Миссия Curiosity

Марсоход Curiosity за два земных года должен собрать информацию для ответа на сакраментальный вопрос «Есть ли жизнь на Марсе?». Есть на борту ровера и российский прибор «Динамическое альбедо нейтронов» для поиска воды в грунте Красной планеты.

13 фото

Обсуждение