Физика

При грозовых разрядах в атмосфере Земли возникают плазменные волны очень низкой частоты — вистлеры. Авторы нового исследования открыли вистлеры, которые могут распространяться на намного большее расстояние, чем предполагали ранее. Это, в свою очередь, представляет потенциальную опасность для спутников и астронавтов, работающих на орбите.

Во время грозового разряда высвобождается огромное количество энергии, часть которой преобразуется в особые электромагнитные волны — свистящие атмосферики, или вистлеры. Эти волны обладают круговой поляризацией и распространяются вдоль силовых линий магнитного поля планеты. Обычно их регистрируют в диапазоне частот от 100 герц до 10 килогерц.

На протяжении десятилетий исследователи полагали, что область распространения вистлеров ограничивается приблизительно тысячей километров над поверхностью Земли, где они затухают и рассеиваются.

Два американских физика Викас Сонуолкар (Vikas Sonwalkar) и Амани Редди (Amani Reddy) из Аляскинского университета в Фэрбанксе оспорили ранее выдвинутое мнение о распространении вистлеров в земной атмосфере. Ученые обнаружили подтверждения того, что некоторые плазменные волны, взаимодействуя с ионосферой, могут отражаться от нее и проникать глубоко в земную магнитосферу, на высоту до 20 тысяч километров.

По расчетам исследователей, вистлеры способны переносить вдвое больше энергии, чем предполагалось. Проникая в магнитосферу, эта энергия ускоряет заряженные частицы, создавая электромагнитное излучение, которое может нарушить работу спутников, повредить их оборудование и даже навредить астронавтам, работающим на орбите. Об этом Сонуолкар и Редди рассказали в своей статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Физики нашли доказательства существования вистлеров, которые отражаются от ионосферы, в данных, полученных двумя спутниками Van Allen Probes — космическими аппаратами-близнецами, изучавшими радиационный пояс Земли с 2012 по 2019 год. Кроме того, на наличие таких свистящих атмосфериков указывают косвенные данные, опубликованные в более ранних исследованиях, которые проводили другие ученые в 1960-х.

Авторы новой научной работы отметили, что информация, собранная со спутников Van Allen Probes, а также из архивных научных публикаций, указывает на масштабный характер этого процесса, который до сих пор оставался незамеченным. Иными словами, описанное в статье Сонуолкара и Редди явление происходит в атмосфере довольно часто, но долгое время о нем ничего не знали.

В ближайшем будущем физики планируют собрать и обработать дополнительную информацию с других спутников о новых типах свистящих атмосфериков, способных проникать в магнитосферу Земли на 20 тысяч километров.

Открытие ученых обнажает проблему космической безопасности, которая особенно актуальна в условиях изменения климата. Глобальное потепление может привести к увеличению частоты и интенсивности гроз и, следовательно, к усилению воздействия вистлеров на магнитосферу, что в дальнейшем потребует разработки новых методов защиты космических аппаратов и экипажей.