Исследователи из Университета Аляски в Фэрбанксе обнаружили новый тип электромагнитной волны, которая переносит значительное количество энергии молнии в магнитосферу Земли. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, может иметь важные последствия для понимания радиационных поясов Земли и их влияния на космические технологии.

Викас Сонвалкар, почетный профессор, и Амани Редди, доцент, открыли новый тип волны, который они назвали «зеркально отражённым свистом». Эта волна переносит энергию молнии, которая входит в ионосферу на низких широтах, в магнитосферу. Энергия отражается вверх нижней границей ионосферы, на высоте около 55 миль (около 88,5 километров), в противоположном полушарии.

Ранее считалось, что энергия молнии, попадающая в ионосферу на низких широтах, оставалась в ионосфере и не достигала радиационных поясов. Однако исследования Сонвалкара и Редди показали, что этот новый тип волны может переносить значительное количество энергии молнии в магнитосферу.

«Мы как общество зависим от космических технологий. Современные системы связи и навигации, спутники и космические корабли с астронавтами на борту сталкиваются с энергетическими частицами радиационных поясов, которые могут повредить электронику и вызвать рак. Более глубокое понимание радиационных поясов и различных электромагнитных волн, включая волны, возникающие в земных молниях, которые на них воздействуют, имеет важное значение для деятельности человека в космосе», — сказал Сонвалкар.

Модель радиационных поясов Земли в разрезе с двумя спутниками Van Allen Probes, пролетающими через них. Источник: NASA

Открытие Сонвалкара и Редди представляет собой тип свистящей волны, которую они назвали «зеркально отражённым свистом» потому что издаёт свистящий звук, если её воспроизводить через динамик.

Энергия молнии, попадающая в ионосферу на более высоких широтах, достигает магнитосферы в виде другого типа свиста, называемого магнитосферно отражённым свистом, который претерпевает одно или несколько отражений внутри магнитосферы.

Ионосфера — это слой верхней атмосферы Земли, характеризующийся высокой концентрацией ионов и свободных электронов. Он ионизируется солнечной радиацией и космическими лучами, что делает его проводящим и критически важным для радиосвязи, поскольку он отражает и изменяет радиоволны.

Магнитосфера Земли — это область пространства, окружающая планету и созданная магнитным полем Земли. Она обеспечивает защитный барьер, который не позволяет большинству частиц солнечного ветра достичь атмосферы и нанести вред жизни и технике.

Исследования Сонвалкара и Редди показывают, что в магнитосфере сосуществуют оба типа свистов — свисты с зеркальным отражением и свисты с магнитосферным отражением.

В своём исследовании авторы использовали данные о плазменных волнах, полученные с зондов Van Allen Probes NASA, которые были запущены в 2012 году и работали до 2019 года, а также данные о молниях, полученные Всемирной сетью обнаружения молний.

Авторы работы разработали модель распространения волн, которая при рассмотрении зеркально отражённых свистящих молний показала удвоение энергии молнии, достигающей магнитосферы.

Анализ данных плазменных волн, полученных с помощью зондов Ван Аллена, показал, что зеркально отражённые свистящие звуки являются распространённым магнитосферным явлением.

Большинство молний происходит в низких широтах, которые представляют собой тропические и субтропические регионы, подверженные развитию гроз.

«Это означает, что зеркально отражённые свистящие волны, вероятно, переносят большую часть энергии молнии в магнитосферу по сравнению с той, которую переносят магнитосферно отражённые свистящие устройства», — сказал Сонвалкар.

Влияние свистящих волн, генерируемых молниями, на физику радиационных поясов и их использование в дистанционном зондировании магнитосферной плазмы исследуются с 1950-х годов.

Подробнее на iXBT