Год на орбите

Пара зондов для изучения радиационного пояса Земли (Van Allen Probes) была запущена 30 августа прошлого года. За год, проведенный на орбите, аппараты полностью оправдали ожидания, собрав фундаментальные сведения о свойствах защищающих нашу планету поясов. Более того, некоторые новые знания о радиационных поясах появились всего через несколько дней после запуска. Наиболее важное открытие зондов – разделение внешнего пояса на два, а все собранные сведения значительно обогащают наши знания в области физики частиц, поведения плазмы в космосе и позволяют принять необходимые меры для защиты космических аппаратов, которым предстоит пролетать через пояса. Сами зонды имеют очень мощную защиту от заряженных частиц, так как постоянно находятся в поясах, а чувствительные элементы приборов вынесены за обшивку аппаратов.

Радиационные пояса – два пончика частиц с очень высокой энергией, захваченные магнитным полем Земли. Нижний начинается практически сразу за атмосферой Земли и распространяющийся на 10000 километров в космос, и второй, начинающийся на высоте 20000 и заканчивающийся на высоте 65000. Эти пояса оказывают влияние как на практическую сторону жизни человека, воздействуя на запущенные в космос спутники, так и на фундаментальную науку за счет уникальных условий существования плазмы. Пояса были открыты прибором Джеймса ван Аллена, установленным на первом американском спутнике Эксплорер-1, и в зарубежной литературе часто называются поясами ван Аллена.

Научные результаты начали поступать с самого начала работы аппаратов. 1 сентября был включен детектор быстрых электронов. Разработанный Лабораторией атмосферной и космической физики Колорадского университета в Болдере, он моментально зафиксировал процесс ускорения электронов, но не только во втором радиационном поясе, но также и на некотором удалении от него. Таким образом, был обнаружен третий пояс, о существовании которого было совершенно неизвестно. Впрочем, он был разрушен около месяца спустя после мощного шторма на Солнце, заряженные частицы которого просто-напросто сдули самый дальний и слабый временный пояс.

Через несколько дней, 5 сентября, в радиодиапазоне была произведена запись звука радиационных поясов. Известный с 50-х годов, этот звук можно соотнести со звучанием космоса, ведь в вакууме звук не распространяется. Поэтому заполненные хотя бы разреженной плазмой пояса – одно из немногих мест, имеющий свой звук, тем более в доступной для человеческого области частот. Помимо этого, звук поясов связывается с колебаниями плазмы в поясах, а это, в свою очередь, имеет отношение к разгону электронов до скоростей, опасных для космических аппаратов и космонавтов. Впрочем, именно в этом вопросе должны разобраться зонды – разгоняются ли электроны и другие частицы до огромных скоростей внутри поясов или же у них есть внешний источник? Аппаратами уже получены сведения, подтверждающие первую гипотезу.

Впрочем, в любом случае не только магнитное поле является законодателем мод в поведении радиационных поясов. Солнце оказывает огромное влияние на пояса, особенно сейчас, на пике пусть и довольно слабого солнечного цикла. Более активное Солнце помогло бы выполнению поставленных перед аппаратом задач за счет возросшей частоты корональных выбросов массы, а значит – прохода через пояса быстрых частиц. Прошедший год использовался в основном для калибровки приборов, которые способны регистрировать изменения, связанные с солнечной активностью, и главные результаты в этой области должны последовать в течение следующего года.

Одновременно ведется работа по поддержанию и улучшению вспомогательных систем аппарата. Так, создавшие зонды сотрудники Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса провели улучшение алгоритмов архивации и передачи данных и подключили в работе с аппаратами новую станцию. В результате вместо плановых 5.9 гигабит данных в день, зонды передают на Землю 7-8, иногда – 9 гигабит.

Наблюдение за нижними слоями в поясах проводятся с помощью детектора быстрых протонов. За счет того, что на орбитах находятся сразу два аппарата с идентичными приборами, удалось получить картину градиента распределения протонов в пространстве во внутреннем поясе, а также выяснить, как в магнитосферу Земли входят протоны извне Солнечной системы. Эти данные полезны для разработки новых стандартов защиты космических аппаратов от тяжелых заряженных частиц. Одновременно уже родные заряженные частицы, находящиеся в хвосте магнитного поля Земли, влетают во внутренние области поясов, создавая при этом круговые токи.

В течение второго года работы аппараты будут находится на новых орбитах. В основном они будут летать в тени Земли, периодически выходя из нее.  Часть таких орбит еще не была исследована, а ведь аппараты должны определить пространственные особенности радиационных поясов. Значит, они должны покрыть практически все возможные орбиты, наблюдая пояса в тени, на Солнце и в районе терминатора. Вообще, орбиты аппаратов рассчитаны так, чтобы в течение года они несколько раз возвращались на исходные эллипсы, чтобы можно было изучить тот же регион поясов, но через некоторое время. Время от времени орбиты можно довернуть так, чтобы зонды снова периодически проходили орбиты, но уже другие. Усиление солнечной активности должно помочь в выделении его влияния на пояса.