Статья на сайте СПбГУ: Сотрудники лаборатории вместе с коллегами из Южного университета науки и технологии (Шеньжень, Китай) и Института геофизики и планетарной физики (Калифорния, США) провели детальное моделирование процесса вброса заряженных частиц во время космических суббурь.
Ученые СПбГУ выявили возрастания потоков энергичных заряженных частиц во время космических суббурь в окрестности густонаселенной спутниками орбиты
Физики Санкт‑Петербургского государственного университета вместе с коллегами из Южного университета науки и технологии (Шеньжень, Китай) и Института геофизики и планетарной физики (Калифорния, США) провели детальное моделирование процесса вброса заряженных частиц во время космических суббурь, в частности выяснив, что максимальный вброс таких частиц происходит в области геостационарной орбиты в районе над экватором Земли. Исследование выполнено в лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
Инжекция — значительное, кратковременное локальное возрастание потока заряженных энергичных частиц во внешней части радиационного пояса Земли, ближайшего околоземного пространства Земли, содержащего высокие потоки энергичных протонов и электронов. Инжекция происходит вследствие быстрого переноса из хвоста магнитосферы (длинного шлейфа, который находится на ночной стороне Земли) во внутреннюю магнитосферу данных заряженных частиц, испытывающих в процессе переноса значительное ускорение. Инжекция происходит быстрыми струйными течениями, которые генерируются в хвосте магнитосферы на расстоянии 20‑30 земных радиусов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в JGR: Space Physics.
Важно отметить, что, по наблюдениям ученых, особенно сильно интенсивность и проникающая способность струй увеличивается в периоды магнитосферных суббурь. Магнитосферные суббури — это возмущения в околоземном пространстве, связанные с частичным разрушением токового слоя хвоста магнитосферы и быстрым высвобождением накопленной магнитной энергии.
Помимо того, что инжекции пополняют внешний радиационный пояс Земли, резко возрастающие при инжекциях потоки энергичных электронов приводят к нарушению функционирования спутниковых систем. Из прочих важных последствий особо важны высыпания энергичных электронов в атмосферу высоких широт при суббурях, из‑за которых нарушается радиосвязь, страдает спутниковая навигация, возможны долговременные последствия для состояния стратосферного озона и, вероятно, климата. Эти высыпания запускаются инжекциями и тесно с ними связаны.
Основой работы являлись расчеты по адекватной (по физике) и реалистичной (по начальной конфигурации) самосогласованной модели. Модель показала, что мы правильно воспроизводим интенсивность инжекции и основные известные динамические характеристики инжекций и связанных с ней высыпаний. Данные спутников подтвердили эффективность модели.
Сотрудник лаборатории исследования озонового слоя и верхней атмосферы, профессор СПбГУ (кафедра физики Земли) Виктор Сергеев
Моделирование показало, что наибольший рост потоков энергичных электронов происходит в головной части струйного потока инжекции. А максимальные потоки заряженных частиц были локализованы в окрестности геостационарной орбиты — круговой орбиты на расстоянии 6,6 земного радиуса, проходящей над экватором Земли. По словам ученых, это делает данную область уникальной территорией в магнитосфере с точки зрения космической погоды.
Расчеты влияния суббурь на инжекцию частиц проводились и ранее, однако для описания генерации и торможения плазменных струй во внутренней магнитосфере они были грубы и не включали в себя самосогласованно описание самих энергичных частиц. Новая же модель учитывает магнитный дрейф частиц и другие важные параметры. Эта модель позволяет увидеть, как формируется инжекция, как она трансформируется в дрейфующее вокруг Земли облако частиц и каковы создаваемые ими высыпания в ионосферу.
Отметим, что ранее сотрудники лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ выяснили, что во время геомагнитных бурь в течение суток может разрушаться до четверти озона, содержащегося на высоте около 75 километров в полярной мезосфере.