Прибор ELFIN-L (Electron Loss and Fields Investigator for Lomonosov) предназначен для регистрации потоков заряженных частиц и измерения компонент магнитного поля магнитосферы Земли.
Детектор заряженных частиц выполняет два измерения в секунду, магнитометр – четыре, что позволяет наблюдать низкочастотные вариации магнитного поля. Чтобы уменьшить влияние электромагнитных помех от спутника магнитометр расположен на штанге длиной 60 см. На рисунке 1 представлен внешний вид магнитометра и детектора заряженных частиц.
Рис. 1(а) Магнитометр Элфин-Л
Рис. 1(б) Детектор заряженных частиц Элфин-Л
Низкая полярная орбита спутника «Ломоносов» пересекается силовыми линиями магнитного поля, приходящими из основных магнитосферных образований: области захваченной радиации, плазменного слоя, области открытых силовых линий. Приходящие вдоль силовых линий магнитного поля частицы несут информацию об удаленных областях, откуда они прибыли. Таким образом, детектор заряженных частиц «видит» самые разные регионы магнитосферы. Это дает возможность для изучения глобальных динамических процессов в околоземном космическом пространстве, в том числе наиболее мощных, связанных с развитием магнитных бурь и магнитосферных суббурь.
На рисунке 2 показана орбита спутника. Приэкваториальная часть орбиты проецируется вдоль силовых линий во внутреннюю магнитосферу, в то время как полярные участки траектории связаны с удаленными ее областями: с магнитопаузой и долями геомагнитного хвоста.
Рис.2 Траектория спутника «Ломоносов»
При движении аппарата «Ломоносов» вдоль орбиты прибор Элфин-Л измеряет потоки частиц разных энергий (электроны от 50 кэВ до 4МэВ) в области захваченной радиации и в области авроральных высыпаний частиц. Детектор заряженных частиц Элфин-Л направлен почти перпендикулярно к орбите спутника. Таким образом, в приэкваториальных областях он регистрирует захваченные частицы, а на высоких широтах – высыпающиеся.
Особый интерес для физики магнитосферы представляют поиски механизмов ускорения, переноса и потерь энергичных электронов и ионов, захваченных геомагнитным полем. Физические процессы, связанные с этими явлениями ответственны за формирование и распад радиационных поясов и кольцевого тока магнитосферы Земли. Наиболее эффективно такие процессы развиваются во время геомагнитных возмущений. Электромагнитные колебания, регистрируемые во внутренней магнитосфере во время магнитных бурь, могут приводить, как к ускорению частиц при их резонансном взаимодействии с волнами, так и к потерям, вследствие их рассеяния по питч-углам.
На рисунке 3 представлены измерения прибором Элфин-Л потоков релятивистских электронов высыпающихся из внешнего радиационного пояса во время геомагнитного возмущения, связанного со сжатием магнитосферы высокоскоростным потоком солнечного ветра. Зарегистрированные высыпания энергичных электронов радиационных поясов - следствие волновых процессов в магнитосфере. Они свидетельствуют о потерях во внешнем радиационном поясе, связанных с взаимодействием частиц с волнами.
Рис.3 Высыпания электронов из радиационных поясов, связанные с сжатием магнитосферы высокоскоростным потоком солнечного ветра 21 августа 2016 г.
В НИИЯФ МГУ ведутся работы по оперативному мониторингу радиационного состояния околоземного пространства. На основе системы сбора данных спутниковых измерений (в первую очередь, потоков энергичных частиц в магнитосфере Земли и параметров плазмы в солнечном ветре, а также мультиспектральных наблюдений за Солнцем) и операционных моделей космической среды выполняются анализ и прогнозирования радиационного состояния околоземного космического пространства. Центр данных оперативного космического мониторинга дает информацию, которая позволяет в реальном времени наблюдать за состоянием космического пространства.
Что сейчас происходит на Солнце?
Как ведет себя солнечный ветер?
Какова в эти минуты радиационная обстановка в магнитосфере Земли?
Какие потоки энергичных частиц сформировались на ее орбите?
На эти и другие вопросы можно получить ответ, обратившись к Интернет-порталу http://swx.sinp.msu.ru.