Данные миссии NASA MMS раскрыли, как частицы разгоняются до 16 000 км/с в магнитосфере, вызывая сбои в работе космических технологий

Используя данные космической миссии Magnetospheric Multiscale (MMS), ученые получили возможность впервые детально изучить сверхбыстрые потоки электронов в магнитосфере Земли — феномен, являющийся кратковременным, но чрезвычайно важным в контексте космической «погоды». Эти потоки, ускоряющиеся до скорости 16 000 км/с, оказывают воздействие на процессы, вызывая неполадки в работе спутниковой связи, навигационных систем и даже повреждения орбитальных сооружений. Это открытие изменяет наше понимание взаимоотношений солнечной энергии с планетарным защитным барьером.

Четыре идентичных спутника MMS, работающие в содружестве с 2015 года, зафиксировали более 600 таких событий за период в четыре года. Эти аппараты оснащены инструментом Fast Plasma Investigation (FPI), который каждые 30 миллисекунд создает трехмерную карту перемещений частиц. Это позволило обнаружить, что «электронные штормы» формируются не только в активных зонах вблизи границ магнитного поля, но и в удаленных областях магнитосферы с очень разреженной плазмой.

Анализ показал, что в 71% случаев потоки содержат токи с силой выше 20 наноампер на квадратный метр, что может вызывать локальные возмущения в ионосфере. Средняя продолжительность событий — 0,74 секунды, причем 93% из них укладываются в полторы секунды. Чем выше скорость электронов (которая может достигать 5000–16 000 км/с), тем ниже их плотность, что указывает на сложные энергетические перераспределения.

Одним из ключевых открытий стало то, что потоки связаны с магнитным пересоединением. В точках разрыва и соединения магнитных полей электроны ускоряются, создавая «энергетические коридоры» между магнитосферой и верхними слоями атмосферы. Например, 24 из 27 событий вблизи нейтральной зоны магнитосферы сопровождались признаками активного пересоединения — такими как анизотропия температуры электронов и квазиэлектростатические флуктуации.

«Ранее считалось, что основную роль играют ионные потоки, однако оказалось, что электроны не менее значимы в этом процессе», — отмечают исследователи. В пограничных слоях электроны следуют в противоположном направлении от ионов, формируя токи, а в «лопастях» передают энергию вдоль магнитных линий. Это объясняет, как быстрые возмущения в космосе воздействуют на ионосферу, нарушая радиосигналы.

Практическая ценность этих исследований заключается в возможности прогнозирования магнитных бурь. Понимание значимости электронных потоков позволит точнее моделировать процессы, вызывающие сбои в работе спутников. Ученые уже планируют исследовать менее мощные, но более частые события. Это в будущем может привести к созданию системы мониторинга, способной за несколько минут предупреждать об опасностях для орбитальных объектов — от Международной космической станции до навигационных спутников.

Источник: iXBT