ТАРАНІС у світі «ельфів» та «спрайтів». Бурхливе явище в оці супутника

Пілоти роками повідомляють про таємничі спалахи світла, які вони іноді спостерігали над грозовими хмарами. Рахунки не вірили, поки такі спалахи випадково не сфотографувались у 1989 році. Так народилася одна з найбільш інтенсивно розвинених галузей сучасної геофізики.

На даний момент у нас є фотографії кількох тисяч таких явищ. Фотографії зроблені в наземних обсерваторіях, з літаків, а також з космічної станції та космічного човника. Різноманітність кольорів та форм та загадковість спалахів спричинили, що їм дали казкові назви: ельфи, привиди (фея), сині струмені, тролі. Через тривалість спалахів — тисячні частки секунди — у науковій літературі їх називають короткочасними світловими явищами, коротше: TLE, від англ. минуща світна подія.

Завдяки тріангуляційним вимірюванням було встановлено, що ТЛЕ мають своє джерело у верхній тропосфері, стратосфері та мезосфері, тобто на висоті від 30 км до 50 км над поверхнею Землі. Після спрацювання спалахи пробігають зі швидкістю близько 100 км / год у напрямку до космосу, досягаючи висоти 80 км — 100 км, тобто до іоносфери. Вони завжди трапляються над областями сильних штормів, тобто в місцях, що характеризуються високою хмарністю. Це пояснює, чому тривалий час єдиними спостерігачами TLE були пілоти — те, що відбувалося над хмарами, залишалося недоступним для наземних спостережень.

На сьогоднішній день дослідження показали, що «ельфи», «тролі», «струмені» та «привиди», як звичайні блискавки, є електромагнітними явищами та супроводжуються випромінюванням радіовипромінювання на дуже та надзвичайно довгих хвилях (VLF та ELF, довжина від 10 км до 100 000 км). Різні теорії щодо цього явища дозволяють припустити, що TLE ініціюється космічними променями. Над грозовими хмарами, сильно електрично зарядженими, ці промені збільшували б іонізацію атмосфери, що в свою чергу дозволило б отримати незвичний електричний розряд.

TLE також може бути поясненням таємничих гамма-та рентгенівських викидів, які детектори на супутниках, виявлених на штормових ділянках. Вчені очікували, що природні джерела такого високоенергетичного випромінювання можуть бути лише у космосі. Відкриття TLE призвело до гіпотези, що наземна гамма та рентгенівська емісія — це вплив електронів (у зоні розрядів, що досягають релятивістських енергій) з нейтральними атомами атмосфери. Тому ми маємо справу з одним з найбільш енергійних явищ на Землі!

Хоча TLE тривають частку секунди і займають невелику площу, вони є частиною більшої системи, що з'єднує процеси в просторі з процесами у верхній атмосфері. Низькочастотні хвилі, що утворюються під час TLE, сильно взаємодіють з частинками радіаційного поясу, що призводить до їх «розливу» в атмосферу. Наслідком є ​​порушення в іоносфері — не лише локальні, але й глобальні. Отже, розуміння процесів, що стоять за TLE, може мати вирішальне значення для космічної погоди, включаючи визначення його впливу на телекомунікаційні та супутникові навігації.

зображення
Рис. НАСА [nasa.gov]

 

Фізика іоносфери — одна з головних спеціальностей геофізиків з Центру космічних досліджень Польської академії наук. Вони також беруть участь у дослідженнях TLE, співпрацюючи в цій галузі, в тому числі з партнерами з Франції — Французьким національним центром космічних досліджень (Center National d'Études Spatiales, CNES) як частина космічної місії TARANIS (Інструмент для аналізу випромінювання від lightNIng та спрайтів).

TARANIS — це невеликий супутник (152 кг), розроблений на основі універсальної та перевіреної супутникової платформи Myriade. Створений у співпраці з інженерами та вченими з Франції, Чехії, Данії, Європейського космічного агентства та Польщі (CBK PAN). Запуск об’єкта в космос запланований на 2020 рік. TARANIS стане першим супутником на борту, на якому встановлені детектори для одночасного спостереження за TLE, гамма-викидами з Землі та моніторингом електромагнітного середовища. Розуміння взаємозв'язку між TLE та гамма-викидами є однією з головних цілей підприємства. Інша полягає у вивченні імпульсної передачі енергії між атмосферою Землі та космосом.

Набір із шести наукових інструментів ТАРАНІС включає система двох камер та трьох фотометрів для зображення явищ TLE. Пристрої забезпечуватимуть зображення зі швидкістю 30 фотографій в секунду, у декількох спектральних діапазонах та при просторовому дозволі 1 км. Виявленням та характеристикою високоенергетичного випромінювання буде займатися рентгенівські та гамма-детекторні системи та розташування двох електронних енергетичних спектрометрів. Додаткові датчики та аналізатори будуть контролювати порушення частоти електричного поля низької та високої частоти.

Окрім участі в науковій частині місії TARANIS, Центром космічних досліджень Польської академії наук було розроблено та виготовлено блок живлення для супутникової багатоекспериментальної інтерфейсної контролери (MEXIC). З одного боку, MEXIC надасть владу всім науковим інструментам місії, з іншого — він буде виконувати функції інтерфейсу між приладами та супутником (супутниковою платформою). MEXIC буде проходити через команди, що керують роботою приладів, але також дані, отримані від інструментів, і спрямовані в бортову пам'ять.

ТАРАНІС — це не перший спільний проект CBK PAN та CNES в галузі іоносферних досліджень. Раніше Центр співпрацював з французами в місії DEMETER (Виявлення електромагнітних викидів, що передаються з регіонів землетрусу), метою якої було вивчення взаємозв'язку порушень іоносфери та сейсмічної активності. Супутник вийшов на орбіту в червні 2004 року і працював до грудня 2010 року. CBK PAN брав участь в аналізі даних місії, але — як у випадку з TARANIS — він також забезпечив систему електропостачання приладів.

TARANIS також не перший космічний інструмент для дослідження TLE, який був створений фахівцями CBK PAN. ASIM працює на борту Міжнародної космічної станції з 2018 року (Монітор взаємодій атмосфери та простору), набір з двох детекторів, що спостерігають спалахи TLE у стратосфері та мезосфері. Інженери CBK PAN розробили систему електроживлення та систему для автономного моніторингу параметрів обслуговування одного детектора — MXGS (Мініатюрний рентгенівський та гамма-датчик), відповідальний за моніторинг гамма-та рентгенівських спалахів.

Після успішного запуску TARANIS в наступному році (давайте тримати пальці схрещеними!), Супутник приєднається до ASIM, і обидві місії почнуть незалежні, але узгоджені та взаємодоповнюючі спостереження верхньої атмосфери та іоносфери. Разом вони розкриють нам таємниці загадкових світних ельфів, тролів та духів.

проф. д-р хаб. Ян Блоцький

Центр космічних досліджень Польської академії наук

Facebook Comments