Более тысячи действующих спутников находятся сейчас на орбите Земли. Работа каждого из них зависит от космической погоды — текущего состояния магнитосферы нашей планеты. Ученые из Сколтеха, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Массачусетского технологического института разработали метод, который позволяет на основе точечных спутниковых измерений восстановить текущее состояние всей магнитосферы и сделать прогноз по ее развитию.
Космос — не самое благоприятное место для работы электроники. Чувствительная аппаратура находится здесь под мощным обстрелом высокоэнергетических частиц, происходящих в основном с поверхности Солнца и захваченных магнитным полем Земли. Интенсивность космического излучения неравномерна и непостоянна — она зависит как от солнечного ветра, так и от сложных внутренних процессов, происходящих в магнитосфере. Поэтому, чтобы понять, где и когда аппараты могут выйти из строя, требуется постоянное наблюдение за космической погодой с помощью исследовательских спутников.
Профессор Сколтеха Юрий Шприц
По словам одного из авторов работы, профессора Сколтеха Юрия Шприца, самих по себе спутниковых данных не достаточно: «Одна из главных сложностей заключается в том, что непосредственные наблюдения всегда ограничены конкретным местом и временем. Для реальных приложений, однако, требуется общая картина того, что происходит в радиоационных поясах Земли». В двух статьях, которые приняты к публикации в журнале Journal of Geophysical Research, Space Physics ученые описывают новый метод, позволяющий реконструировать общее состояние магнитосферы по данным спутников.
«Наша модель работает подобно тому, как ваш GPS-навигатор определяет положение во время езды» — поясняет Юрий, — «Навигатор понимает, что если вы, например, едете со скоростью в 70 километров в час, то через пять секунд вы с высокой вероятностью окажетесь примерно в сотне метров от предыдущей точки по ходу движения. Когда прибор получает новые данные со спутника, он учитывает эту информацию при расчете координат — для этого используется математическая модель движения автомобиля. Подобным же образом мы анализируем пространственно-временную эволюцию радиации в магнитосфере, только наша модель гораздо сложнее».
Первым автором обеих статей стала математик Татьяна Подладчикова, работающая в Сколтехе в качестве постдока. Разработанный ею метод анализа ошибок, которые могут присутствовать как в самой модели, так и в поступающих спутниковых данных, позволяет получать результаты реконструкции магнитосферы с гарантированной точностью. «Этот метод можно применять не только для исследования магнитосферы, но и в прогнозировании погоды, в изучении океанических течений, и вообще везде, где речь идет о больших объемах измерительных данных. Сейчас поток информации от спутников настолько большой, что разработка новых способов анализа данных не менее важна, чем запуск новых аппаратов» — подчеркивает ученый.
Постдок Сколтеха Татьяна Подладчикова
На основе разработанного метода авторы планируют создать интернет-сервис, где за текущим состоянием магнитосферы можно будет следить в реальном времени. Кроме того, ученые собираются обратиться к архивным спутниковым данным для того, чтобы реконструировать состояние магнитосферы в прошлом. Ранее группе Юрия Шприца уже удалось объяснить необычное поведение высокоэнергетических частиц ближнего космоса в августе 2012 года, когда к двум хорошо известным радиоактивным поясам Земли присоединился временный третий. Новая модель позволит «проиграть заново» этот и другие необычные моменты в истории магнитосферы за последние пару десятков лет.
Дополнительная информация:
