Ученые из Института космических исследований РАН и Высшей школы экономики провели анализ данных, полученных со спутника ERG (Arase) за семилетний период, и впервые предоставили детальное описание нового радиоизлучения Земли — гектометрового континуума, которое было открыто в 2017 году. В ходе исследования было установлено, что это излучение появляется через несколько часов после заката и прекращается через 1–3 часа после восхода Солнца. Наиболее часто его наблюдали в летние месяцы, реже — весной и осенью. Однако к середине 2022 года, когда Солнце вступило в период усиленной активности, излучение перестало регистрироваться, хотя исследователи считают, что сигнал может повториться. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Земля непрерывно испускает радиоволны — это естественные электромагнитные сигналы, формирующиеся в пространстве, окружающем планету. Изучение этих сигналов позволяет определить, как Солнце влияет на магнитосферу, то есть на область вокруг Земли, где магнитное поле обеспечивает ее защиту от внешних факторов.
В пределах этой области возникают различные виды радиоизлучений, в том числе гектометровый континуум (ГМК). Это слабое природное излучение, располагающееся в диапазоне 600–1700 килогерц, что существенно меньше частот, используемых для радиовещания. Источники излучения находятся на относительно небольшом расстоянии от планеты – на высоте примерно одного-двух земных радиусов, где магнитное поле продолжает влиять на движение заряженных частиц. На Земле такие волны не могут быть зарегистрированы: плотные слои ионосферы полностью их блокируют, поэтому наблюдения за ГМК возможны только с использованием космических аппаратов. В результате гектометровый континуум был обнаружен относительно поздно, в 2017 году, благодаря японскому спутнику ERG (Arase). С тех пор сигнал регистрировался периодически, и целостного представления о его особенностях не было.
Для изучения характеристик ГМК и выяснения принципов его образования ученые из ИКИ РАН и факультета физики НИУ ВШЭ объединили имеющиеся данные, полученные со спутника, и отследили динамику этого излучения. В процессе работы был проведен анализ приблизительно тысячи случаев регистрации ГМК, зафиксированных в период с 2017 по 2023 год.
Анализ результатов указывает на то, что возникновение сигнала обусловлено явлениями, происходящими в околоземной плазме – среде, состоящей из заряженных частиц, перемещающихся под воздействием магнитного поля Земли и солнечного ветра. Авторы полагают, что гектометровый континуум формируется в результате двойного плазменного резонанса – ситуации, когда в плазме наблюдается совпадение двух видов колебаний: собственных колебаний плазмы и вращения электронов вдоль линий магнитного поля Земли. Это совпадение приводит к возникновению неустойчивости, вызывающей излучение плазмой радиоволн. Для реализации этого процесса необходимы определенные условия – конкретная плотность плазмы и наличие электронов с высокой энергией.
Обнаружено, что излучение проявляется исключительно в ночное время и прекращается в течение 1–3 часов после восхода солнца. Специалисты связывают это с тем, что утреннее солнечное излучение повышает концентрацию плазмы, что приводит к разрушению необходимых для формирования радиоволн условий. Аналогично, после захода солнца сигнал появляется не моментально, а через несколько часов, поскольку ионосфера должна успеть остыть и восстановить параметры, необходимые для возникновения ГМК.
Помимо суточных колебаний, излучение характеризуется сезонными изменениями: его фиксировали наиболее часто летом, а осенью и весной – реже. С середины 2022 года сигнал прекратился. Специалисты объясняют это переходом Солнца в период повышенной активности: в этот период на его поверхности увеличилось количество солнечных пятен, возросло радиоизлучение на длине волны 10,7 см и вырос уровень ультрафиолетового излучения. Это привело к изменению структуры плазмы, что сделало невозможной генерацию континуума.
«Примечательно, что в отличие от других радиосигналов, которые, как, например, километровое авроральное радиоизлучение, связанное с полярными сияниями, усиливаются во время всплесков солнечной активности, гектометровый континуум, напротив, ослабевает. Исходя из этого, можно предположить, что он может вновь проявиться через несколько лет, когда солнечная активность уменьшится», – сообщил доцент базовой кафедры физики космоса ИКИ РАН Александр Чернышов.
Изучение магнитосферы Земли не только углубляет наше понимание этого явления, но и предоставляет возможность проверить, способны ли экзопланеты генерировать аналогичные радиосигналы. Подобные излучения могут свидетельствовать о наличии у планеты собственного магнитного поля, что является важным фактором для удержания атмосферы и, вероятно, для поддержания условий, необходимых для жизни.
Информация предоставлена пресс-службой НИУ ВШЭ