Новая миссия NASA позволит получить снимки невидимого «гало» Земли — слабого света, исходящего от внешнего слоя атмосферы нашей планеты — экзосферы, которая меняется в ответ на воздействие Солнца.
Понимание физики экзосферы — ключевой шаг к прогнозированию опасных условий в околоземном пространстве, что необходимо для защиты астронавтов программы «Артемида», путешествующих через этот регион по пути к Луне или во время будущих полётов на Марс. Обсерватория геокороны Каррутерса будет запущена из Космического центра Кеннеди NASA во Флориде не ранее вторника, 23 сентября.
В начале 1970-х годов учёные могли только предполагать, насколько далеко простирается земная атмосфера в космос.
Тайна была связана с экзосферой, самым внешним слоем атмосферы, который начинается примерно в 300 милях над поверхностью Земли. Теоретики представляли её как облако атомов водорода — самого лёгкого из существующих элементов — которые поднялись так высоко, что атомы активно улетучивались в космос.
Но экзосфера проявляет себя только в виде слабого «гало» ультрафиолетового света, известного как геокорона.
Учёный и инженер доктор Джордж Каррутерс поставил перед собой задачу увидеть его. После запуска нескольких прототипов на испытательных ракетах он разработал ультрафиолетовую камеру, готовую к полёту в космос в одном направлении.
В апреле 1972 года астронавты Apollo 16 разместили камеру Каррутерса на лунных высотах Декарта, и человечество впервые увидело геокорону Земли. Полученные изображения были поразительны как по тому, что они запечатлели, так и по тому, чего они не показали.
«Камера была недостаточно далеко, на Луне, чтобы получить полное поле зрения», — сказала Лара Уолдроп, главный исследователь обсерватории геокороны Каррутерса. «И это было действительно шокирующим — что это лёгкое облако водорода вокруг Земли может простираться так далеко от поверхности».
Сегодня считается, что экзосфера простирается по крайней мере до середины пути до Луны. Но причины для её изучения выходят за рамки любопытства о её размерах.
Когда солнечные извержения достигают Земли, они сначала ударяют по экзосфере, вызывая цепочку реакций, которые иногда приводят к опасным штормам в космическом пространстве. Понимание реакции экзосферы важно для прогнозирования и смягчения последствий этих штормов. Кроме того, водород — один из атомных строительных блоков воды (H₂O) — уходит через экзосферу. Отображение этого процесса утечки прольёт свет на то, почему Земля сохраняет воду, в то время как другие планеты — нет, помогая нам найти экзопланеты, или планеты за пределами нашей Солнечной системы, которые могут делать то же самое.
Обсерватория геокороны Каррутерса, названная в честь Джорджа Каррутерса, предназначена для того, чтобы запечатлеть первые непрерывные кадры экзосферы Земли, раскрывая её полный размах и внутреннюю динамику.
«У нас никогда раньше не было миссии, которая была бы посвящена наблюдениям за экзосферой», — сказал Алекс Глоцер, учёный миссии Каррутерса в Центре космических полётов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. «Это действительно exciting, что мы собираемся получить эти измерения впервые».
Космический корабль Каррутерса весом 531 фунт и размером примерно с диван-кушетку будет запущен на ракете SpaceX Falcon 9 вместе со спутником NASA IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) и спутником наблюдения за космической погодой Национального управления океанических и атмосферных исследований SWFO-L1 (Space Weather Follow On — Lagrange 1).
После запуска все три миссии начнут четырёхмесячный этап круиза к точке Лагранжа 1 (L1), расположенной примерно в 1 миллионе миль ближе к Солнцу, чем Земля. После месячного периода проверки научных приборов в марте 2026 года начнётся двухлетний научный этап миссии Каррутерса.
Из точки L1, примерно в четыре раза дальше, чем Луна, Каррутерс будет фиксировать всеобъемлющий вид экзосферы, используя две ультрафиолетовые камеры, камеру для визуализации ближнего поля и камеру для визуализации широкого поля.
«Камера для визуализации ближнего поля позволяет вам приблизить изображение, чтобы увидеть, как экзосфера меняется вблизи планеты», — сказал Глоцер. «Камера для визуализации широкого поля позволяет вам увидеть полный объём и размах экзосферы и то, как она меняется вдали от поверхности Земли».
Две камеры вместе будут составлять карту движения атомов водорода через экзосферу и, в конечном итоге, в космос. Но то, что мы узнаем об атмосферном выходе на нашей родной планете, применимо далеко за её пределами.
«Понимание того, как это работает на Земле, значительно обогатит наше понимание экзопланет и того, как быстро их атмосферы могут улетучиваться», — сказала Уолдроп.
Изучая физику Земли, единственной планеты, о которой мы знаем, что на ней есть жизнь, обсерватория геокороны Каррутерса может помочь нам понять, что искать в других местах Вселенной.
Предоставлено NASA.