Радиационные пояса Сатурна, кардинально изменилось представление

Окт 30, 2017 Леонид Гляделов

Радиационные пояса Земли и Сатурна отличаются сильнее, чем предполагалось ранее. В этих поясах очень энергичные частицы, такие как электроны и протоны, движутся вокруг планеты с большими скоростями - захваченными ее магнитным полем.

В случае Земли, солнечный ветер, ток заряженных частиц от Солнца, различающийся по силе, контролирует интенсивность радиационного пояса как прямо, так и косвенно. Однако радиационные пояса Сатурна полностью развиваются независимо от солнечного ветра и вместо этого оказывают решающее влияние спутники газового гиганта.

Эти результаты опубликованы сегодня в журнале Nature Astronomy группой исследователей из Института исследований солнечной системы Макса Планка (MPS) в Германии, которые являются ведущими наиболее всесторонним исследованием по этому вопросу на сегодняшний день.

Активность Солнца - и вместе с ним сила солнечного ветра - следует за одиннадцатилетним циклом. Исследование долговременного влияния солнечного ветра на излучение планеты требуют терпения и космических полетов значительной длины. «Если миссия Кассини в систему Сатурна закончилась бы через четыре года, как первоначально планировалось, мы бы никогда не смогли достичь этих результатов», - объясняет д-р Элиас Русос из MPS. К счастью, миссия несколько раз расширялась. Таким образом, магнитосферный прибор для визуализации (MIMI) с детектором частиц высокой энергии (LEMMS) на борту Кассини смог записать распределение заряженных частиц в окрестностях Сатурна в течение периода времени, включающего полный солнечный цикл. «Такие обширные данные на местах о радиационных поясах планеты в основном доступны только для Земли», - говорит исследователь MPS доктор Норберт Крупп, возглавляющий команду MIMI-LEMMS.

Как показывают данные Кассини, протонные радиационные пояса Сатурна являются гигантскими: они достигают от самого внутреннего кольца планеты до орбиты Луны Тетис, и следовательно, более 285 000 километров в космос. Решающее различие с Землей: пока наша луна находится далеко за пределами магнитосферы и радиационных поясов, радиационные пояса Сатурна содержат несколько ее спутников, таких как большие луны Янус, Мимас и Энцелад. «Луны Сатурна влияют на радиационные пояса значительно», - говорит Крупп. Они действуют как своего рода как пограничная стенка для очень энергичных частицах, в частности протонов. Любые протоны, диффундирующие далее внутрь от места их происхождения поглощаются, и таким образом останавливаются, когда они взаимодействуют с Луной. «Это создает области в радиационном поясе, которые полностью изолированы друг от друга», - говорит Русос. В отличие от Сатурна, частицы, возникающие вне радиационных поясов Земли, могут перемещаться внутрь и наполнять его содержимым.

На Земле частицы высокой энергии, образующие радиационные пояса, имеют два происхождения. Некоторые из них предоставляются непосредственно солнечным ветром. Другие - результат пассивных протонов экстремальной энергии, происходящих из нашей Галактики, называемых Галактическими Космическими Лучами. Когда Галактические космические лучи достигают атмосферы планеты, она приводит в движение цепочку реакций, в конце которой создаются электроны и протоны высоких энергий. Поскольку солнечный ветер частично экранирует и таким образом модулирует это космическое излучение , активность Солнца также играет решающую роль в этом процессе.

Тем не менее, сначала все указывало на то, что солнечный ветер все еще помогает формировать радиационные пояса - хотя бы косвенно: первые годы миссии Кассини совпадали со снижением активности Солнца, интенсивность радиационных поясов увеличивалась, как ожидалось. Однако в период с 2010 по 2012 год наблюдалось резкое падение интенсивности, которое не могло быть связано с модуляцией солнечного ветра Галактических космических лучей, которая изменяется в гораздо более длительные временные рпромежутки.
А также солнечные бури, сильные извержения частиц и излучение Солнца не могли нести ответственность. Хотя время от времени на Земле такие события вызывают внезапное снижение интенсивности, обширные симуляции, проведенные исследователями, показывают, что этот эффект также не может объяснить ежегодное снижение, наблюдаемое Кассини.

Скорее всего, ученые подозревают, что чрезвычайное ультрафиолетовое излучение Солнца может быть ответственным за это. Это излучение может локально нагревать атмосферу планеты. Получающиеся в результате турбулентные ветры передают эту информацию в ионосферу, которая «привязана» к магнитосфере через магнитное поле планеты. В результате протоны в радиационных поясах распространяются гораздо эффективнее, чем обычно. По пути они сталкиваются с лунами Сатурна и поглощаются: интенсивность радиационных поясов значительно уменьшается.