Во время гроз в атмосфере Земли генерируются плазменные волны с крайне низкой частотой, известные как вистлеры. Новое исследование показало, что вистлеры способны распространяться на значительно большие расстояния, чем считалось ранее. Это может представлять угрозу для спутников и астронавтов, находящихся на орбите.
В процессе грозового разряда выделяется колоссальный объем энергии, который частично трансформируется в уникальные электромагнитные волны — свистящие атмосферики, или вистлеры. Эти волны характеризуются круговой поляризацией и распространяются по силовым линиям магнитного поля планеты. Их обычно фиксируют в диапазоне частот от 100 герц до 10 кГц.
Ранее считалось, что вистлеры распространяются на расстоянии около тысячи километров над поверхностью Земли, после чего они ослабевают и исчезают.
Два американских физика Викас Сонуолкар (Vikas Sonwalkar) и Амани Редди (Amani Reddy) исследователи из Аляскинского университета в Фэрбанксе поставили под сомнение общепринятое представление о распространении вистлеров в земной атмосфере. В ходе работы ученые получили данные, свидетельствующие о том, что определенные плазменные волны, взаимодействуя с ионосферой, способны отражаться от нее и проникать в земную магнитосферу на глубину до 20 тысяч километров.
Согласно оценкам ученых, вистлеры способны передавать вдвое большую энергию, чем считалось ранее. Проникая в магнитосферу, эта энергия ускоряет заряженные частицы, что приводит к образованию электромагнитного излучения. Данное излучение способно вызывать сбои в работе спутников, повреждать их аппаратуру и представлять опасность для астронавтов, находящихся на орбите. Об этом Сонуолкар и Редди сообщили в своей научной публикации, опубликованной в журнале Science Advances.
Ученые обнаружили подтверждения наличия вистлеров, отражающихся от ионосферы, в данных, собранных двумя спутниками Van Allen Probes — с помощью пар космических аппаратов, исследовавших радиационный пояс Земли в период с 2012 по 2019 год. Также косвенные данные, полученные в ходе предыдущих исследований, проведенных другими учеными в 1960-х годах, свидетельствуют о возможности существования подобных атмосферных явлений.
Согласно новой научной работе, данные, полученные со спутников Van Allen Probes и архивные научные публикации, свидетельствуют о масштабном характере явления, которое ранее оставалось незамеченным. Таким образом, явление, описанное Сонуолкаром и Редди, происходит в атмосфере регулярно, хотя долгое время оставалось неизвестным.
В перспективе физики намерены получить и проанализировать дополнительные данные со спутников, касающиеся новых видов атмосферных явлений, способных проникать в магнитосферу Земли на расстояние до 20 тысяч километров.
Новые данные, полученные учеными, подчеркивают важность обеспечения космической безопасности, особенно в связи с изменениями климата. Повышение температуры на планете способно увеличить количество и силу гроз, что, в свою очередь, усилит воздействие вистлеров на магнитосферу. Это потребует разработки инновационных способов защиты космических аппаратов и космонавтов.