Удивительное открытие совершил международный коллектив учёных, в числе которых ведущую роль заняли специалисты МГУ имени М.В. Ломоносова. Благодаря уникальным данным, собранным космическим аппаратом SOHO, удалось создать подробную численную модель распределения атомов водорода вокруг нашей планеты и выявить, что геокорона Земли распространяется на расстояния, значительно превышающие лунную орбиту — более чем в ста радиусах от поверхности Земли! Это действительно впечатляющий результат, который во многом меняет наши представления о границах земной атмосферы и открывает новые горизонты для изучения как нашей планеты, так и далеких экзопланет.
Геокорона — загадочная окраина земной атмосферы
Атмосфера нашей планеты представлена пятью различными слоями, самым удалённым и малонаселенным из которых является экзосфера. Здесь плотность атомов столь мала, что взаимное влияние между ними становится практически неощутимым. Основной состав нижней и средней атмосферы формируют кислород и азот, тогда как в самых верхних слоях доминируют легчайшие элементы. Геокорона, или внешний водородный слой экзосферы, состоит в основном из нейтральных атомов водорода. Эти атомы появляются благодаря распаду молекул воды и метана, поднимающихся из нижних частей атмосферы. Интересно, что именно водород геокороны становится источником ультрафиолетового излучения Лайман-альфа, фиксируемого специальными инструментами на орбите. Благодаря наблюдениям за геокороной исследователи могут судить о скоростях потери воды Землей и делать важные выводы о долгосрочной эволюции атмосферы нашей планеты.
SOHO и космический эксперимент по изучению границ атмосферы Земли
Для достоверной оценки размеров и структуры экзосферы важно изучать атмосферу Земли «извне». Эта задача осложнялась сложностью проведения наблюдений за пределами атмосферы. Поворотной точкой стал запуск космического аппарата SOHO в 1995 году, осуществлённый международной кооперацией американских и европейских учёных. Аппарат был оснащён чувствительным детектором SWAN, способным улавливать слабовыраженные ультрафиолетовые сигналы Лайман-альфа как от межзвёздных водородных атомов, так и от земной геокороны. Чтобы отделить вклад геокороны в полученных данных, инженеры предусмотрели в приборе специальную водородную ячейку. Производя наблюдения с этой ячейкой и без неё, становится возможным выявить ту часть спектра, которая безусловно принадлежит излучению самой внешней оболочки нашей планеты.
Уникальные вычисления и численное моделирование
Молодой учёный механико-математического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Игорь Балюкин, под научным руководством профессора Владислава Измоденова, тщательно проанализировал большой массив данных, полученных детектором SWAN в наиболее благоприятные для наблюдений периоды января 1996, 1997 и 1998 годов. Используя современные методы кинетического моделирования, команда исследователей создала численную модель распределения водородных атомов в экзосфере Земли. Полученная картина однозначно продемонстрировала: геокорона не только не ограничивается пространством, в котором находится Луна, но и значительно выходит за его пределы, образуя гигантское облако вокруг нашей планеты.
Новое понимание атмосферы Земли как фактора в исследовании Вселенной
Как отмечает Игорь Балюкин, открытие имеет важное значение не только для понимания процессов, происходящих на Земле, но и для будущих миссий и астрономических наблюдений. “Фактически Луна большую часть времени движется по орбите внутри тончайшей водородной оболочки Земли — это беспрецедентно для планет солнечной системы”, — делится он оптимизмом. Новое знание критично важно для планирования будущих лунных обсерваторий, а также для точной интерпретации астрономических данных, получаемых со спутников, расположенных в околоземном пространстве или непосредственно на спутнике Земли. Кроме того, методы анализа геокороны будут полезны для поиска «двойников Земли» среди экзопланет, ведь характеристики водородных оболочек могут дать ключ к пониманию наличия воды на других мирах.
Международная научная команда и перспективы исследований
Этот яркий научный проект объединил усилия ведущих специалистов Института космических исследований РАН, Университета Версаль Сен-Кентен из Франции, Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН и Финского метеорологического института. Такая широкая международная кооперация позволила не только анализировать результаты наблюдений, но и применять современные научные подходы к моделированию сложнейших процессов в околоземном космосе. Новые открытия, полученные в ходе совместной работы, обеспечивают фундамент для множества перспективных научно-исследовательских направлений в области планетологии, астрономии и атмосферы Земли.
Широкие горизонты для будущих открытий
Расширение наших знаний о границах земной атмосферы и свойствах геокороны открывает перед наукой захватывающие перспективы. Новейшие методы анализа, современные космические аппараты и сотрудничество между ведущими учёными со всего мира гарантируют, что в ближайшем будущем мы сможем узнать ещё больше о нашей планете, её атмосфере и космосе в целом. Развитие этой области исследований не только позволяет больше понять о прошлом и будущем Земли, но и способствует успешному поиску признаков схожести других планет с нашей уникальной «голубой» родиной.
Изображение: Фотобанк Freepik
Источник: scientificrussia.ru
