Солнечная буря создала радиацию там, где ее не бывает

Вокруг Земли есть граница, которую самые быстрые электроны не пересекают. Внутри радиационных поясов Земли, примерно в 11 600 км над поверхностью, частицы, разогнанные почти до скорости света, останавливаются – и ниже их почти нет.

Эту границу открыли в 2014 году и назвали «непроницаемым барьером». После мощной магнитной бури мая 2024 года японский зонд «Арасэ» обнаружил по ту сторону барьера множество таких электронов. 26 октября 2026 года в журнале Geophysical Research Letters вышла работа, которая объясняет, как они там оказались: их не занесло снаружи, они родились на месте.

Что такое радиационные пояса Земли

Магнитное поле Земли ловит заряженные частицы – протоны и электроны – и удерживает их в двух огромных кольцах вокруг планеты. Внутренний пояс состоит в основном из протонов, внешний – из электронов. Их открыли в 1958 году, в первые месяцы космической эры: в США – группа Джеймса Ван Аллена, в СССР внешний пояс независимо обнаружили Сергей Вернов и Александр Чудаков. В мире их называют поясами Ван Аллена, в русской литературе внешний пояс иногда называют поясом Вернова.

Пояса не застывшие: при магнитных бурях они раздуваются, теряют частицы и снова наполняются. Но в 2014 году группа Дэниела Бейкера из Университета Колорадо по данным зондов NASA Van Allen Probes нашла у них странную постоянную деталь. Электроны с энергией в несколько мегаэлектронвольт (МэВ) – физики называют их электронами-убийцами за то, что они выводят из строя электронику спутников, – никогда не опускаются ниже резкой границы на внутреннем краю внешнего пояса. Бейкер сравнил ее со стеклянной стеной. Отчего именно граница держится, до конца не понятно до сих пор.

Что случилось в мае 2024 года

10 мая 2024 года до Земли дошла серия выбросов солнечной плазмы. Началась сильнейшая магнитная буря с 2003 года, а полярные сияния были видны далеко на юге. Для радиационных поясов она тоже не прошла даром: в разгар бури внешний пояс резко потерял электроны, а когда буря пошла на спад, внутри барьера появились частицы с энергией больше 3 МэВ. Для «Арасэ» это был самый большой рост таких электронов за все время работы.

Сам факт уже известен. В феврале 2025 года команда кубсата NASA CIRBE сообщила, что после этой бури у Земли появились два временных пояса, один из них – из электронов с энергией 1,3–5 МэВ ровно в той области, которую закрывает барьер. Временные пояса после бурь видели и раньше, впервые в 2013 году, но эти продержались необычно долго, несколько месяцев.

Оставался главный вопрос, который сформулировал руководитель новой работы Йосидзуми Мийоси из Института исследований окружающей среды Земли и космоса университета Нагои: электроны пришли внутрь из внешнего пояса или их разогнали на месте?

Как «Арасэ» поймал электроны на месте

«Арасэ» (Arase, другое название – ERG) – японский зонд JAXA, запущенный в декабре 2016 года для изучения радиационных поясов. Он летает по вытянутой орбите, которая пересекает оба пояса, и во время бури продолжал измерения прямо внутри барьера.

Против версии с прорывом говорят две улики.

Распределение частиц. Если бы электроны просачивались снаружи, их становилось бы все меньше по мере приближения к Земле – как воды за плотиной, которую перехлестнуло. Вместо этого «Арасэ» увидел растущий пик у самой границы барьера, примерно в трех радиусах Земли от ее центра. Так выглядит источник, а не приток.

Порядок прихода. Первыми выросли электроны меньших энергий, а примерно через полдня – самые энергичные. Частицы не прилетели готовыми, а набирали энергию постепенно.

Ускоритель – электромагнитные волны, которые физики называют хорами: в приемнике они звучат как щебет птиц. Обычно эту область окутывает плазмосфера, плотное облако холодной плазмы, в котором хоры отдают энергию электронам слабо. Буря эту оболочку сдула. В разреженной среде волны стали разгонять обычные электроны с энергий меньше мегаэлектронвольта до нескольких МэВ – и электроны-убийцы появились там, где их никто не ждал. Новая популяция продержалась до октября 2024 года, пока ее не перемешала следующая буря.

По словам авторов, главный результат работы – прямое обнаружение источника МэВ-электронов внутри барьера.

Почему пояса Ван Аллена важны для спутников

Барьер, выходит, не прорван: снаружи электроны так и не прошли. Но защищенная зона, которую считали относительно спокойной, при достаточно сильной буре может сама превратиться в источник жесткой радиации. Через эту область проходят аппараты на пути к геостационарной орбите, и для расчета их защиты важно знать, что опасность может возникнуть не только там, где ее ждут.

Авторы подчеркивают, что такие знания нужны для оценки радиационных рисков и для прогнозов космической погоды. Буря масштаба мая 2024 года случается раз в десятилетия, а значит, данных о таких событиях мало, и каждое из них приходится разбирать по крупицам.

Что осталось непонятным

Работа описывает одно событие. Насколько часто барьер «поджигается» изнутри, какая буря для этого нужна и почему в обычных условиях граница так стабильна – пока открытые вопросы. Похожие сюжеты известны и для других планет: волны-хоры, по расчетам, ускоряют электроны и в радиационных поясах Юпитера.

У зонда, кстати, говорящее имя. Арасэ – горная речка у японского космодрома Утиноура, и о ней есть местная легенда про чудесное пение птицы. А главная добыча зонда – как раз «хоры» в магнитосфере Земли.

Источники

1. Local Acceleration of Multi‐MeV Electrons Inside Earth's Impenetrable Barrier During the May 2024 Superstorm – Y. Miyoshi et al., Geophysical Research Letters, 2026.
2. A New Electron and Proton Radiation Belt Identified by CIRBE/REPTile‐2 Measurements After the Magnetic Super Storm of 10 May 2024 – X. Li et al., Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2025.
3. NASA CubeSat Finds New Radiation Belts After May 2024 Solar Storm – NASA, февраль 2025.
4. Star Trek-like invisible shield found thousands of miles above Earth – пресс-служба Университета Колорадо в Боулдере, ноябрь 2014.