Подводим итоги пятилетней работы миссии THEMIS, принесшей нам немало интересных сведений о полярных сияниях и — шире — обо всей земной магнитосфере и ее взаимодействии с Солнцем.

Один из аппаратов THEMIS за работой: взгляд художника
В наблюдениях пятерку спутников THEMIS дополняют 20 наземных станций, следящих за полярными сияниями

Даже запуск спутников миссии THEMIS был для NASA особенным — впервые американцы отправляли на орбиту целый кластер из пяти космических аппаратов. Состоялся он 17 февраля, на борту ракеты-носителя Delta II, после чего была проведена впечатляющая операция: сначала от верхней ступени отделился один спутник, а затем одновременно еще четыре, распределившись около него по кругу. Вскоре они приступили к наблюдениям.

Главный предмет интереса миссии — магнитосфера Земли в ее взаимодействии с Солнцем. Заряженные частицы и излучение от звезды оказывают на нашу планету огромное влияние, определяют, как говорят, «космическую погоду». Совершая оборот за оборотом вокруг планеты, кластер спутников THEMIS непрерывно наблюдают эти процессы и взаимодействия: распределенные по значительной площади, они позволяют фиксировать все происходящее в динамике.

Работа в рамках основной миссии продолжалась два года. Целью ее было разобраться в происхождении и развитии так называемых суббурь, возмущений, возникающих над полюсами Земли в результате особенно активных взаимодействий магнитосферы с потоками солнечного ветра и вызывающих впечатляющие полярные сияния.

«Пять лет назад положение дел в этой области можно было описать одним словом — неразбериха, — комментирует исследователь Вассилис Ангелопулос (Vassilis Angelopoulos), работающий с THEMIS, — Мы не представляли себе всю цепочку событий, связывающих энергетические потоки Солнца с полярными сияниями. Мы не знали механизм, вызывающий появление суббурь. Мы не знали, где точно разворачиваются эти события». И THEMIS дал ответы на эти вопросы довольно быстро. При поддержке целого массива из 25-ти наземных телескопов ученые смогли наблюдать происходящее во всем объеме и в деталях.

На самом деле, слабые полярные сияния присутствуют над полюсами практически постоянно, хотя и редко различимы невооруженным глазом. Те, что ярко сияют над небом и оставляют столь сильное впечатление, требуют особенно мощной «подпитки» со стороны Солнца. При этом интенсивный поток заряженных частиц создает сильное давление на земную магнитосферу, смещая ее силовые линии с дневной на ночную сторону. Тем самым накапливаются огромные количества энергии, которые и высвобождаются в ходе перезамыкания силовых линий магнитного поля, приводя к возникновению суббурь и сопровождающих их ярких полярных сияний.

После благополучного выполнения этих основных задач исследователи решили продлить миссию THEMIS для изучения других процессов, связанных с космической погодой. В ходе дополнительной работы было сделано также немало открытий. Так, были обнаружены так называемые «фронты диполяризации», потоки вещества и излучения, сталкивающиеся с магнитосферой Земли в начале развертывания суббури. По сути, это потоки намагниченной плазмы, раскаленные до миллионных температур и разогнанные до скоростей в миллионы километров в час. Зонды THEMIS заметили их проникновение в околоземное пространство и связанное с ними появление сверхбыстрых высокоэнергетических электронов, которые, теоретически, могут существенно повредить бортовую электронику спутников, работающих на высокой геосинхронной орбите.

Работа миссии THEMIS пролила свет и на странный феномен «пульсирующих» полярных сияний, яркость которых меняется заметно даже для невооруженного глаза. Пульсация эта, как показали исследования, связана с событиями, разворачивающимися намного выше в космосе, с т.н. «хоровыми волнами».

Впрочем, этим история еще далеко не окончилась: на орбите прошли новые ювелирные маневры. Пара спутников THEMIS были перемещены на орбиты вокруг Луны для исследований ее магнитного поля и стали работать в рамках уже новой миссии ARTEMIS. Проделано это было почти невероятным образом, с аккуратными и точечными включениями бортовых двигателей, с минимальным расходом топлива — и максимальным использованием гравитации Земли и Луны.

Три остальных спутника остались близ Земли, но также были переведены на новые орбиты для исследований высокоэнергетических частиц, удержанных и накопленных в радиационном поясе магнитосферы нашей планеты. Во второй половине 2012 г. к ним присоединятся еще два аппарата миссии RBSP, а в 2014 г. на орбиту отправятся еще четыре спутника MMS, которые займутся детальными исследованиями перезамыкания силовых линий магнитосферы. Орбиты их будут пролегать как раз между орбитами THEMIS и RBSP, так что если с тремя оставшимися аппаратами THEMIS ничего не случится, они увенчают впечатляющую группировку из девяти спутников. Так они смогут охватить наблюдениями весь ключевой процесс, определяющий космическую погоду, от вхождения солнечного излучения и частиц в дальние пределы земной магнитосферы и до происходящего внизу, на низкой орбите, ныне заполненной многочисленными спутниками.

По пресс-релизу NASA