Радиационные пояса Земли, открытые более полувека назад, наконец расстались с одной из своих главных тайн.

Схема радиационных поясов Земли (внешнего и внутреннего) и орбиты космических аппаратов: МКС, спутников GPS, зондов Ван Аллена и Лаборатории солнечной динамики (SDO).
Радиационные пояса Юпитера, энергия частиц в которых была косвенно измерена зондом Кассини.

Зонды Ван Аллена, отправленные NASA исследовать радиационные пояса Земли, обнаружили доказательства того, что эти области не захватывают заряженные частицы с высокой энергией, примчавшиеся извне, а разгоняют их самостоятельно. Ученые считают, что подобным образом могут вести себя радиационные пояса Сатурна и Юпитера, частицы в которых отличаются еще более высокими уровнями энергии, чем в околоземных поясах. Возможно, те же процессы идут вблизи некоторых экзопланет и даже далеких звезд.

Спустя несколько лет после открытия радиационных поясов Земли в 1958 г. ученые обобщили данные, полученные приборами, установленными на первых космических аппаратах, и предположили, что в этих областях заключены частицы, примчавшиеся с окраин магнитосферы нашей планеты. Согласно этой гипотезе, по мере приближения к Земле заряженные частицы попадают во все более мощное магнитное поле, ускоряются и выстраиваются в форму кольца.

Такое путешествие частиц должно длиться несколько дней или недель. Радиационные пояса, «подпитываемые» извне, менялись бы весьма неспешно. Но наблюдения, сделанные с помощью спутников в 1990-х годах, показали, что конфигурация радиационных поясов может меняться довольно быстро. Они свидетельствовали в пользу альтернативной теории, согласно которой магнитное поле Земли не захватывает пришедшие издалека высокоэнергетические частицы, а «отрывает» электроны от блуждающих в космическом пространстве атомов и разгоняет их до околосветовых скоростей. Однако спутниковые наблюдения были слишком редкими и разрозненными, чтобы на их основании можно было сделать выводы о природе высокоэнергетических частиц в радиационных поясах Земли.

Зонды Ван Аллена, запущенные в 2012 году, зафиксировали тысячекратное изменение концентрации электронов менее, чем за 12 часов во время восстановления внешнего радиационного пояса после солнечной бури, изрядно его потрепавшей. Тогда за короткий срок (около месяца) появился и пропал третий радиационный пояс Земли.

Измерения, выполненные зондами, показали, что энергия частиц нарастает не постепенно по мере их приближения к Земле, а довольно резко в локальных областях, соответствующих местоположению радиационных поясов. Ученые полагают, что энергия электромагнитных волн, пробегающих внутри радиационных поясов, «подстегивает» частицы, оказавшиеся в зоне их влияния. Теперь предстоит выяснить, какие именно электромагнитные волны ответственны за это ускорение.

По материалам Nature News, NASA