Високо над нами частинки з Сонця мчать до Землі, стикаючись з верхніми шарами атмосфери і викликаючи потужні вибухи в заплутаному процесі, відомому як магнітна рекомбінація. Один такий випадок магнітної рекомбінації може викидати стільки ж енергії, скільки США споживають за день.
Нова місія TRACERS (Tandem Reconnection and Cusp Electrodynamics Reconnaissance Satellites) від NASA буде досліджувати магнітну рекомбінацію, намагаючись відповісти на важливі питання про те, як цей процес впливає на життя людей та космічну погоду.
Космічні апарати TRACERS мають запуститися не раніше, ніж наприкінці липня 2025 року, на ракеті SpaceX Falcon 9 з Космічного стартового комплексу 4 на військовій базі Ванденберг у Каліфорнії. Ці два апарати будуть обертатися навколо Землі, щоб дослідити, як сонячний вітер — постійний потік електрично заряджених частинок зі Сонця — взаємодіє з магнітним щитом Землі, відомим як магнітосфера.
Коли сонячний вітер вивільняється з Сонця, він несе в собі вбудоване магнітне поле та розподіляється по сонячній системі. Досягаючи швидкостей понад мільйон миль на годину, цей потік заряджених частинок та магнітного поля натрапляє на планети на своєму шляху.
«Магнітосфера Землі діє як захисна оболонка, що відхиляє основну силу сонячного вітру. Ви можете уявити її як магніт, що обертається і плаває в космосі,» — зазначив Джон Дореллі, науковий керівник місії TRACERS у Центрі космільтних польотів Годдарда. «Коли сонячний вітер стикається з магнітним полем Землі, ця взаємодія накопичує енергію, що може викликати розрив ліній магнітного поля та вибухове викидання сусідніх частинок на великій швидкості — це і є магнітна рекомбінація.»
Отвори в магнітному полі Землі на Північному та Південному полюсах, звані полярними цюгами, слугують воронками, які дозволяють зарядженим частинкам спускатися до Землі та стикатися з атмосферними газами. Ці явища є частинами системи космічної погоди, що постійно рухається навколо нашої планети, що в свою чергу може призвести до вражаючих полярних сяйв, а також порушення систем зв’язку та електромереж. У травні 2024 року Земля пережила найсильнішу геомагнітну бурю за останні 20 років, що негативно вплинуло на лінії електропередач і трансформатори, зобов’язало трансатлантичні рейси змінювати курс та призвело до збою в роботі GPS-тракторів.
Близнюкові супутники місії TRACERS, витягнуті розмірами трохи більше пральної машини, будуть літати в парі, один за іншим, на відносно низькій орбіті на висоті приблизно 360 миль над Землею. Рухаючись зі швидкістю понад 16,000 миль на годину, кожен супутник оснащений комплектом інструментів для вимірювання різних аспектів надзвичайно гарячого, іонізованого газу, відомого як плазма, та його взаємодії з магнітосферою Землі.
Ці супутники зосередяться на тих ділянках, де магнітне поле Землі спускається до поверхні на північному полярному цюзі. Завдяки розміщенню супутників TRACERS на сонце-синхронній орбіті, вони завжди проходять через полярний цюз денної сторони Землі, вивчаючи тисячі подій рекомбінації в цих зосереджених районах.
Це дозволить скласти покрокове уявлення про те, як магнітна рекомбінація змінюється з часом і з денної до нічної сторони Землі.
Місія TRICE-2 також досліджувала магнітну рекомбінацію поблизу Землі, але за допомогою пари ракет, запущених у північний полярний цюз над Норвезьким морем у 2018 році.
«Місія TRICE зібрала відмінні дані. Вона зафіксувала систему Землі в одному стані. Це довело, що ці інструменти можуть здійснювати такі вимірювання та досягати подібної науки», — зазначив Девід Майлз, головний дослідник TRACERS в Університеті Айови. «Але система складніша. Місія TRACERS демонструє, як можна використовувати технології з кількома космічними апаратами, щоб отримати уявлення про те, як рухається і розвивається ситуація.»
ДЕВІД МАЙЛЗ
Головний дослідник TRACERS, Університет Айови
Оскільки попередні місії могли робити лише одне вимірювання події за запуск, надмірні зміни в зоні заважали створити повну картину. Близнюки TRACERS, обертаючись один за одним, нададуть кілька знімків однієї й тієї ж області в швидкісному порядку, інтервал між якими може становити всього 10 секунд, досягнувши рекорду у 3,000 вимірювань за один рік. Ці знімки допоможуть з’ясувати, як вся система Землі реагує на космічну погоду, що дозволить вченим краще прогнозувати космічну погоду в магнітосфері.
Місія TRACERS співпрацюватиме з іншими місіями NASA в галузі геліофізики, які стратегічно розміщені як поблизу Землі, так і в усій сонячній системі. На Сонці сонячний зонд Parker від NASA уважно спостерігає за нашою зіркою, включаючи магнітну рекомбінацію та її роль у нагріванні і прискоренні сонячного вітру, що викликає рекомбінаційні події, які досліджуються TRACERS.
Дані з нещодавно запущених місій NASA, EZIE (Electrojet Zeeman Imaging Explorer), що досліджує електричні струми на нічній стороні Землі, і PUNCH (Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere), що вивчає сонячний вітер та його взаємодію в атмосфері Землі, можуть бути з’єднані з відомостями з TRACERS. З дослідженнями з цих місій вчені зможуть отримати більш повне розуміння того, як і коли захисний магнітний щит Землі може несподівано з’єднатися з сонячним вітром, дозволяючи матеріалу Сонця потрапляти в систему Землі.
«Місія TRACERS стане важливим доповненням до флоту геліофізичних місій NASA», — сказав Рейнхард Фрідель, вчений програми TRACERS у центрі NASA. «Спільна робота місій у флоті підвищує розуміння нашої найближчої зірки, що покращує нашу здатність розуміти, прогнозувати і підготовлятися до впливів космічної погоди на людей та технології в космосі.»
Місія TRACERS очолюється Девідом Майлзом з Університету Айови за підтримки Південно-західного наукового інституту в Сан-Антоніо, Техас. Офіс програми геліофізичних досліджень NASA в Центрі космільтних польотів Годдарда в місті Грінбелт, штат Меріленд, управляє місією для відділу геліофізики NASA у Вашингтоні. Університет Айови, Південно-західний науковий інститут, Університет Каліфорнії, Лос-Анджелес, а також Університет Каліфорнії, Берклі, відповідають за інструменти на TRACERS, які вивчають зміни в магнітному та електричному полях. Програма запусків NASA, що базується в Космічному центрі Кеннеді, управляє контрактом VADR (Venture-class Acquisition of Dedicated and Rideshare).
