Данные космической миссии Magnetospheric Multiscale (MMS) позволили учёным впервые детально изучить сверхбыстрые потоки электронов в магнитосфере Земли — явление, которое длится доли секунды, но играет важную роль в космической «погоде». Эти потоки, разгоняющиеся до 16 000 км/с, влияют на процессы, вызывающие сбои в спутниковой связи, навигации и даже повреждения орбитальной инфраструктуры. Открытие меняет представление о том, как энергия Солнца взаимодействует с защитным щитом планеты.

Четыре идентичных спутника MMS, работающие в связке с 2015 года, зафиксировали свыше 600 случаев таких событий за четыре года. Аппараты оснащены инструментом Fast Plasma Investigation (FPI), который каждые 30 миллисекунд строит трёхмерную карту движения частиц. Это дало возможность обнаружить, что «электронные штормы» возникают не только в активных зонах вблизи границ магнитного поля, но и в удалённых областях магнитосферы с крайне разреженной плазмой.

Обсерватория MMS.
Источник: NASA

Статистика показала: в 71% случаев потоки переносят токи силой более 20 наноампер на квадратный метр — этого достаточно, чтобы создать локальные возмущения в ионосфере. Средняя длительность события — 0,74 секунды, причём 93% из них длятся менее полутора секунд. Чем выше скорость электронов (достигающая 5000–16 000 км/с), тем ниже их плотность, что указывает на сложный механизм перераспределения энергии.

Ключевое открытие — связь потоков с магнитным пересоединением. В зонах, где линии магнитного поля разрываются и воссоединяются, электроны разгоняются, формируя «энергетические коридоры» между магнитосферой и верхними слоями атмосферы. Например, 24 из 27 событий возле нейтрального слоя магнитосферы сопровождались признаками активного пересоединения — такими как анизотропия температуры электронов и квазиэлектростатические флуктуации.

«Раньше считалось, что основную работу выполняют ионные потоки, но электроны оказались полноценными участниками процесса», — отмечают исследователи. В пограничных слоях они движутся противоположно ионам, создавая токи, а в «лопастях» переносят энергию вдоль магнитных линий. Это объясняет, как локальные возмущения в космосе за секунды воздействуют на ионосферу, вызывая помехи в радиосвязи.

Практическая ценность работы — в прогнозировании магнитных бурь. Понимание роли электронных потоков позволит точнее моделировать процессы, ведущие к сбоям спутниковых систем. Учёные уже планируют изучить менее интенсивные, но более частые события. В перспективе это может привести к созданию системы мониторинга, которая за несколько минут предупредит о рисках для орбитальных аппаратов — от МКС до навигационных спутников.