Магнитное поле Земли, оказывается, мастерски ловит частицы. Оно заманивает электрически заряженные частицы из космоса в невидимый пончикообразный загон вокруг нашей планеты, называемый кольцевым током. Этот плененный рой заряженных частиц играет важную роль в том, как Земля реагирует на меняющиеся условия в космосе — космическую погоду, — которая может влиять на технологии, на которые мы полагаемся, такие как спутники и электросети. Однако, несмотря на десятилетия исследований, мы все еще многого не знаем об этой небесной камере заключения.

NASA готовится запустить миссию, предназначенную для получения уникального взгляда изнутри на кольцевой ток. Называется она STORIE — Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution — и запланирована к запуску в мае на борту 34-й коммерческой миссии SpaceX по пополнению запасов Международной космической станции для NASA. Миссия летит в рамках полезной нагрузки Space Test Program — Houston 11 (STP-H11), партнерства между Космическими силами США и NASA. После того как ее роботизированно установят на внешней стороне космической станции (ожидается через несколько дней после прибытия), STORIE будет смотреть наружу на кольцевой ток, помогая ученым ответить на давние вопросы о том, как он растет и сжимается и из каких частиц состоит.

«Эти частицы имеют важные последствия для космической погоды», — сказал Алекс Глосер, главный исследователь STORIE в Центре космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, где был разработан и построен прибор. «Мы хотим понять, как формируется это захваченное население и откуда оно берется».

Эти детали особенно важны во время солнечных бурь, когда выбросы от Солнца могут привести к магнитным возмущениям на Земле. Подобно радиационным поясам Ван Аллена, но заполненный частицами с более низкой энергией, кольцевой ток имеет тенденцию колебаться по размеру, форме и интенсивности более драматично, чем радиационные пояса во время солнечных бурь. Кроме того, в кольцевом токе положительно заряженные частицы и отрицательно заряженные частицы текут в противоположных направлениях, создавая электрические токи. Таким образом, изменения там могут привести к магнитным колебаниям и индуцированным токам на земле, потенциально затрагивая трубопроводы и линии электропередач. Кольцевой ток также может способствовать накоплению заряда на поверхности спутников, вращающихся вокруг Земли, что может вызвать сбои в работе космических аппаратов. Кроме того, когда энергия в кольцевом токе возрастает, часть этой энергии передается в верхние слои атмосферы, заставляя ее нагреваться, расширяться и создавать большее сопротивление для спутников, что может привести к преждевременному сходу космических аппаратов с орбиты.

Однако изучать кольцевой ток напрямую сложно, потому что частицы внутри него невидимы. «Вы не можете просто сфотографировать их камерой», — объяснил Глосер. Вместо этого STORIE будет сканировать свечение энергичных нейтральных атомов, или ЭНА, которые образуются, когда заряженные частицы, захваченные в кольцевом токе, умудряются сбежать. Частицы получают свободу, украв электрон из внешней атмосферы Земли, известной как экзосфера, и становятся нейтральными. «Как только эти заряженные частицы становятся нейтральными, они больше не чувствуют эффектов магнитного поля Земли и больше не захвачены», — сказал Глосер. «Они могут просто улететь в любом направлении».

Измеряя скорость и направление ЭНА, STORIE может помочь ответить на давние вопросы о происхождении частиц в кольцевом токе — поставляются ли они потоком частиц, исходящим от Солнца, известным как солнечный ветер, или от Земли. Команда STORIE разработала прибор, чтобы уделять особое внимание положительно заряженным атомам кислорода (O+), потому что, по словам Глосера, «Когда вы видите кислород, он поступает из атмосферы. Вы получаете очень мало его от солнечного ветра». Если STORIE найдет много атомов кислорода, ученые узнают, что кольцевой ток в основном пополняется из атмосферы Земли, а не из солнечного ветра.

Глосер и другие ученые также хотят выяснить, не сбегает ли популяция заряженных частиц кольцевого тока