NASA ищет способы защиты от космических угроз
Высоко над полярными областями нашей планеты в верхних слоях атмосферы текут мощные электрические потоки, известные как электроджеты. Их появление связано с удивительным природным явлением — полярным сиянием. Эти полярные электрические потоки ежесекундно переносят около миллиона ампер электричества вокруг земных полюсов. Подобная активность способна вызывать одни из наиболее значительных магнитных колебаний на Земле. Быстрые изменения интенсивности электроджетов могут даже привести к серьёзным последствиям для земной инфраструктуры — например, к перебоям в электроснабжении.
Чтобы более детально разобраться в этом явлении и снизить риски, связанные с воздействием космической погоды, уже в марте агентство NASA запустит специальную миссию под названием EZIE (Electrojet Zeeman Imaging Explorer).
Важность данных, полученных в ходе миссии EZIE, заключается в расширении нашего понимания взаимодействий между Солнцем и Землёй. Это обеспечит точность прогнозов опасных космических явлений, которые угрожают астронавтам, мешают нормальному функционированию спутников и приводят к сбоям в энергоснабжении.
Миссия EZIE представлена тремя небольшими спутниками формата CubeSat, каждый из которых по размеру сопоставим с небольшим дорожным чемоданом. Эти миниатюрные аппараты будут двигаться друг за другом, выстроившись в цепочку, и следовать по орбите вокруг Земли, проходя от одного полюса к другому на высоте порядка 550 километров. С этой позиции спутники будут исследовать электроджеты, которые протекают на гораздо меньшей высоте — примерно 100 километров над поверхностью Земли, в особом заряженном слое атмосферы — ионосфере.
Каждый оборот спутников EZIE будет сопровождаться детальным картографированием электроджетов, что позволит учёным понять структуру и динамику их изменений. Последовательные пролёты одного и того же района с интервалом от двух до десяти минут дадут возможность чётко увидеть эволюцию потоков.
Ранее наземные и космические исследования уже фиксировали авроральные электроджеты, однако они представляют собой лишь малую часть гигантской электрической цепи, уходящей в космос на расстояние до 160 тысяч километров от Земли. На протяжении десятилетий учёные не могли прийти к единому мнению о том, как именно устроена эта система и какие процессы в ней происходят. Команда исследователей рассчитывает, что миссия EZIE наконец-то положит конец этим дискуссиям, предоставив убедительные данные.
Руководитель научной части миссии EZIE — специалист NASA Ларри Кепко — отметил уникальность данного исследования. По его словам, EZIE является первой программой, полностью сфокусированной на изучении электроджетов, и использует для этого принципиально новый метод наблюдений.
Технология миссии основана на регистрации микроволнового излучения, которое испускают молекулы кислорода примерно на 16 километров ниже самих электроджетов. Обычно кислород излучает микроволны на фиксированной частоте 118 гигагерц, но магнитные поля электроджетов вызывают эффект расщепления излучения — так называемый эффект Зеемана. По степени разделения линий излучения можно судить о мощности магнитного поля.
Каждый из трёх спутников EZIE оборудован специальным инструментом — микроволновой электроджетной магнитограммой, предназначенной для измерения магнитной напряжённости и направления полей. Этот прибор был создан инженерами Лаборатории реактивного движения NASA (JPL). Он оснащён четырьмя антеннами, ориентированными под разными углами, что позволяет одновременно изучать магнитное поле по нескольким траекториям.
Первоначально эта технология была разработана для изучения погодных явлений на Земле. Позже инженеры из JPL смогли значительно уменьшить размеры инструментов, адаптировав их для компактных спутников, таких как TEMPEST-D и CubeRRT.
Электроджеты находятся в настолько специфической зоне атмосферы, что изучать их традиционными способами крайне затруднительно: слишком высоко для воздушных шаров и слишком низко для типичных спутниковых миссий. Как подчеркнул главный исследователь миссии EZIE Сэм Йи, технология Зеемана позволяет дистанционно измерять магнитные поля на такой высоте, где раньше это казалось невозможным.
Помимо спутниковых измерений, к исследованию привлекут широкий круг гражданских учёных и волонтёров. Им будут предоставлены специальные магнитометры EZIE-Mag. Эти данные, собранные с поверхности Земли, дополнят спутниковые наблюдения сверху, обеспечив более полную картину происходящего, как отметила менеджер проекта Нелли Мосави-Хойер.
Запуск спутников EZIE состоится на ракете Falcon 9 компании SpaceX с базы Ванденберг в Калифорнии в рамках программы Transporter-13. Запуск специально запланирован на период солнечного максимума — этапа 11-летнего солнечного цикла, когда солнечная активность достигает максимальных значений. Это позволит получить максимально информативные данные.
Миссия EZIE будет совместно работать с другими подобными программами NASA, такими как миссия PUNCH, запланированная на конец февраля. Совместная работа нескольких проектов значительно расширит наши знания о взаимодействии Земли и Солнца.
По мнению исследователей, миссия EZIE наглядно демонстрирует, что значимые научные открытия можно получать с помощью компактных и экономичных спутников CubeSat, реализуя проекты, которые были невозможны ещё десять лет назад.
Уточнения
Полярное сияние северное сияние, южное сияние, аврора, устар. «па́зори» — атмосферное оптическое явление, свечение (люминесценция) верхних слоёв атмосфер планет, возникающее вследствие взаимодействия магнитосферы планеты с заряженными частицами солнечного ветра.