Земля шепчет во сне: учёные зафиксировали ночное радиоизлучение планеты, которое исчезает с первым лучом солнца

Учёные из Института космических исследований РАН и НИУ ВШЭ представили результаты семилетнего анализа данных японского спутника ERG (Arase), в ходе которого впервые удалось подробно описать загадочное явление — гектометровый континуум (ГМК), новое радиоизлучение Земли, открытое в 2017 году. Это слабый, но устойчивый сигнал, возникающий спустя несколько часов после заката и исчезающий вскоре после восхода Солнца. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics и стало ключевым шагом к пониманию того, как наша планета взаимодействует с Солнцем и космической плазмой.

Новое излучение Земли

Земля постоянно окружена естественными радиоволнами, рождающимися в магнитосфере — защитной оболочке планеты, которая оберегает нас от солнечного ветра и заряженных частиц. Эти волны формируются в результате сложных взаимодействий магнитного поля, плазмы и потоков энергии. Однако гектометровый континуум выделяется из общего ряда — он появляется строго в ночное время и исчезает утром.

Исследователи зафиксировали, что сигнал возникает через несколько часов после заката и затухает через 1-3 часа после рассвета. Он чаще наблюдается летом, реже — весной и осенью, а зимой почти не появляется. Такая цикличность указывает на зависимость излучения от температуры и плотности околоземной плазмы, которая изменяется в зависимости от времени суток и сезона.

"Мы впервые смогли проследить за этим явлением в течение нескольких лет и увидеть, как оно реагирует на изменения солнечной активности. Это шаг к более точному пониманию того, как работает магнитосфера Земли", — отметил физик космоса Андрей Чернышов, доцент базовой кафедры ИКИ РАН.

Что такое гектометровый континуум

Гектометровый континуум (ГМК) — это слабое естественное радиоизлучение с частотами от 600 до 1700 килогерц, то есть гораздо ниже диапазона обычных радиостанций. Источники ГМК расположены сравнительно близко к планете — на высоте одного-двух земных радиусов, где магнитное поле Земли всё ещё управляет движением заряженных частиц.

На поверхности Земли такие волны поймать невозможно: плотные слои ионосферы полностью их поглощают. Поэтому открыть ГМК удалось лишь с помощью космических аппаратов. Впервые это произошло в 2017 году, когда спутник ERG (Arase) зафиксировал необычный радиосигнал, исходящий из околоземного пространства.

С тех пор сигнал наблюдали неоднократно, но до недавнего времени его поведение оставалось загадкой. Чтобы раскрыть природу ГМК, российские исследователи собрали около тысячи эпизодов наблюдений за 2017-2023 годы и сопоставили их с изменениями солнечной активности.

Сравнение

Как возникает излучение

По мнению учёных, гектометровый континуум образуется из-за двойного плазменного резонанса - редкого физического эффекта, когда совпадают два типа колебаний: собственные колебания плазмы и вращение электронов вокруг линий магнитного поля. Это создаёт неустойчивость в плазме, из-за чего она начинает "излучать" радиоволны.

Для появления такого сигнала нужны особые условия: определённая плотность плазмы, наличие горячих электронов и отсутствие солнечного света. После восхода Солнца ультрафиолетовое излучение увеличивает плотность плазмы, и необходимые условия исчезают. Поэтому сигнал постепенно затухает утром.

"В отличие от других радиосигналов, которые во время всплесков солнечной активности усиливаются, гектометровый континуум, наоборот, затихает. Мы полагаем, что он вернётся, когда Солнце вновь войдёт в спокойную фазу", — добавил Андрей Чернышов.

Советы шаг за шагом

1. Сбор данных. Учёные анализируют архивы спутника ERG, отбирая записи радиошумов в нужном диапазоне.

2. Определение частоты и интенсивности. С помощью спектрометров фиксируются интервалы, где сигнал наиболее стабилен.

3. Сравнение с солнечными циклами. Измерения сопоставляются с индексом солнечной активности и числом пятен.

4. Моделирование магнитосферы. На основе данных строится 3D-модель, показывающая, где именно формируется излучение.

5. Интерпретация. Устанавливаются физические процессы, вызывающие появление сигнала.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

1. Ошибка: игнорировать влияние времени суток.
   Последствие: неверное определение источника сигнала.
   Альтернатива: учитывать ночной цикл и зависимость ГМК от солнечного излучения.

2. Ошибка: связывать ГМК с авроральными явлениями.
   Последствие: искажение физической модели.
   Альтернатива: анализировать распределение плазмы независимо от полярных сияний.

3. Ошибка: считать сигнал случайным шумом.
   Последствие: утрата важной информации о магнитосферных процессах.
   Альтернатива: использовать длительные наблюдения и статистический анализ.

А что если Солнце станет ещё активнее?

Если солнечная активность продолжит расти, то условия для образования ГМК исчезнут полностью. Однако когда активность снизится, сигнал может вернуться. По словам исследователей, это произойдёт ближе к середине следующего десятилетия — в фазе "солнечного минимума". Тогда спутники снова смогут зафиксировать излучение и проверить, как оно меняется от цикла к циклу.

Плюсы и минусы наблюдения из космоса

FAQ

Почему излучение появляется только ночью?
После заката ионосфера остывает и становится менее плотной, что создаёт условия для генерации радиоволн.

Можно ли услышать гектометровый континуум на Земле?
Нет, плотные слои атмосферы полностью поглощают эти волны. Их можно зафиксировать только спутниками.

Исчезнет ли сигнал навсегда?
Нет, по прогнозам учёных, он должен вернуться, когда солнечная активность снизится в следующем цикле.

Мифы и правда

1. Миф: все радиоизлучения Земли усиливаются при активности Солнца.
   Правда: гектометровый континуум, наоборот, исчезает при всплесках солнечной активности.

2. Миф: эти волны связаны с радиосвязью человека.
   Правда: ГМК — природное явление, возникающее в магнитосфере, и не имеет отношения к техническим радиосигналам.

3. Миф: подобные сигналы невозможно использовать в науке.
   Правда: изучение ГМК помогает понять строение магнитосфер планет и искать признаки магнитных полей у экзопланет.

Исторический контекст

Радиоизлучение Земли начали изучать ещё в середине XX века, когда были запущены первые спутники, фиксирующие радиошумы в космосе. Однако ионосфера мешала наблюдениям с поверхности планеты. Лишь в XXI веке, с появлением чувствительных орбитальных приборов и ИИ для обработки сигналов, удалось обнаружить новые типы излучений — в том числе гектометровый континуум.

Исследования подобных сигналов имеют значение не только для геофизики, но и для астрономии: изучая радиоволны других планет, можно судить о наличии у них магнитных полей — а значит, и о потенциале для поддержания жизни.

Три интересных факта

1. Гектометровый континуум был впервые обнаружен японским спутником ERG (Arase) в 2017 году.

2. Радиоволны ГМК полностью поглощаются атмосферой, поэтому их невозможно зарегистрировать с Земли.

3. По аналогии с Землёй, такие излучения могут помочь в будущем искать магнитные поля у экзопланет - возможных обитаемых миров.