Геофизики подтвердили теорию происхождения хоровых излучений в магнитосфере Земли

Геофизики из Полярного геофизического института в Мурманске и пражского Института физики атмосферы изучили низкочастотные хоровые излучения в магнитосфере Земли. В будущем эти исследования помогут в прогнозировании как самих хоровых излучений, так и вызываемых ими изменений в радиационных поясах, что позволит вовремя отключать наиболее чувствительные космические приборы или активировать защиту от радиации.

Ученые заметили закономерность: волны, распространяющиеся в сторону геомагнитного экватора, имеют более высокую частоту и меньшую амплитуду, чем волны, уходящие от него. Эту закономерность удалось объяснить на основе построенной ранее в России теории генерации хоровых излучений. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). О своей работе ученые сообщили в журнале Geophysical Research Letters, кратко о ее итогах рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Магнитосфера Земли — пространство вокруг планеты, в котором геомагнитное поле удерживает заряженные частицы. Наиболее энергичные из них (с энергиями около 1 МэВ и выше) образуют радиационные пояса — области, в которых часто происходят поломки космических аппаратов. В ускорение электронов до таких энергий вносят важный вклад хоровые излучения (хоры) — последовательности низкочастотных (с частотами 1–10 кГц) импульсов, каждый из которых длится всего доли секунды. Хоры ускоряют часть электронов до релятивистских энергий за небольшое время, тем самым пополняя радиационные пояса. При этом сами хоры генерируются электронами и в процессе генерации отбирают у них энергию. Такие частицы перестают удерживаться в геомагнитной ловушке и попадают в верхнюю атмосферу, где регистрируются в виде микровсплесков низкоорбитальными спутниками. Получается, что хоры служат промежуточным звеном при передаче энергии от одних электронов другим.

«Современные спутниковые данные позволяют детально анализировать хоровые излучения и сравнивать их с результатами моделирования. Мы изучали полученные в 2007–2012 годах параметры хоров с пяти спутников миссии THEMIS, посвященной исследованию магнитного поля Земли. Чешские коллеги анализировали восьмисекундные спектрограммы хоровых сигналов, отбирая случаи с одновременным наблюдением волн, бегущих в противоположных направлениях», — рассказывает Андрей Демехов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Полярного геофизического института.

Направление распространения и частоту хоровых излучений ученые определяли по спектрограммам вектора Пойнтинга, показывающего поток энергии электромагнитного поля. Исследователи соотнесли параметры хорового излучения с направлением распространения волн относительно геомагнитного экватора — поверхности, соединяющей точки минимума геомагнитного поля вдоль силовых линий. Вначале были подробно рассмотрены три отдельных события. В результате исследователи заметили интересную закономерность, присущую всем трем событиям: волны, распространяющиеся в сторону геомагнитного экватора, имеют более высокую частоту и меньшую амплитуду, чем волны, уходящие от экватора. Ученые проверили наблюдение, изучив еще 103 похожих случая. Примечательно, что эта же закономерность обнаруживается и в рамках теоретической модели генерации хоровых излучений, предложенной российским физиком профессором В. Ю. Трахтенгерцем. Она объясняется на качественном уровне и подтверждается численными расчетами. Таким образом, теория происхождения хоровых волн в плазме магнитосферы подтверждена.