"Ураганы — вечная проблема?" - читать интересную книгу автора (Лучков Б)

Роль радиационного пояса земли

Потоки электронов, позитронов, протонов, ядер относительно невысоких энергий, захваченные в ловушку магнитного поля Земли, получили название «радиационный пояс». Его открыли в 1958 году при полетах первых космических ракет Д. Ван Аллен (США) и А. Е. Чудаков (СССР). Радиационный пояс находится на высоте от нескольких сотен до тысяч километров, имеет сложную тороидальную структуру, состоящую из L-оболочек (L — расстояние по экватору, выраженное в радиусах Земли). Захваченные частицы движутся по спиралям вокруг магнитных силовых линий, отражаются в зеркальных точках, где они сгущаются, и совершают долготный дрейф: положительные — на запад отрицательные — на восток. Интенсивность захваченной радиации велика, проход через нее космических кораблей опасен для космонавтов, вызывает сбои электроники, нарушает радиосвязь (см. «Наука и жизнь» № 9, 1993 г.).

Рис. 5. Карты высыпания из радиационного пояса электронов е^- (а) и позитронов е⁺ (Ь) по данным эксперимента AMS.

Исследование частиц радиационного пояса, проводимое по программе ISTP (Международная программа солнечно-земной физики), обнаружило ускорение частиц в «хвосте» магнитосферы во время магнитной бури, вызванной облаком коронального массового выброса. Частицы ускоряются в результате сжатия силовых линий солнечной плазмой, образования токового слоя, в котором в некоторый критический момент происходит быстрое пересоединение магнитных силовых линий с выделением энергии. Поток ускоренных частиц уже не удерживается, как прежде, магнитным полем своей L-оболочки. Происходит перескок частиц внутрь магнитосферы, на более низкие, расположенные ближе к экватору оболочки и, в конце концов, высыпание ускоренного потока в атмосферу по геомагнитному экватору. Потоки релятивистских электронов высокой энергии HRE (highly relativistic electrons), появляющиеся с приходом корональных выбросов, были зарегистрированы спутниками SAMPEX и POLAR (NASA). Появление релятивистских электронов в радиационном поясе — естественный механизм повышенного воздействия солнечной активности на атмосферу, которое российские ученые предвидели еще двадцать лет назад. Оказывается, магнитные бури, инициированные корональными массовыми выбросами, вызывают не только полярные сияния и аварии на линиях связи и электросетях, о чем регулярно сообщают газеты и телевидение, но и нагрев верхних слоев атмосферы, образование вихрей в районе экватора, что грозит еще большими бедствиями.

Рис. 6. Магнитосфера Земли до (а) и после (б) прихода солнечного коронального выброса; R — радиус Земли.

Места высыпаний вторгающихся в атмосферу потоков частиц «указал» эксперимент со спектрометром AMS (атомный масс-спектрограф) на борту шаттла «Discovery» (1998). Спектрометр со сверхпроводящим магнитом обладал столь высокой разрешающей способностью, что мог точно распознавать частицы (электроны, позитроны, протоны) и прослеживать их траектории до и после прохождения через прибор. В результате было установлено, что квазизахваченные частицы (удерживаемые магнитным полем достаточно долго — до 10 секунд, успевающие сотни раз отразиться от зеркальных точек и совершить долготный дрейф вокруг Земли) регистрируются на геомагнитном экваторе в строго определенных местах (рис. 5). Поток положительно заряженных частиц (протоны, позитроны) в несколько раз превышает поток электронов. Этот результат — резкую анизотропию квазизахваченных частиц — можно соотнести с местами образования ураганов: район позитронов и протонов А — с тихоокеанскими, которых действительно в несколько раз больше, чем в других акваториях океана, район электронов В — с североатлантическими. Нужно, однако, иметь в виду, что эксперимент проводился в спокойное от магнитных бурь время. Потоки вторичных частиц не были столь интенсивными, как можно ожидать в магнитную бурю, и не могли вызвать заметного отклика в атмосфере. Они просто указали места, где должны высыпаться частицы радиационного пояса при взаимодействии облаков корональных выбросов с земной магнитосферой.