Найдена причина странного распределения железа вокруг Земли

Используя 18 лет данных, полученных миссией Cluster Европейского космического агентства, ученые составили карту распределения тяжелых металлов в космическом пространстве, окружающем Землю, и обнаружили интересные закономерности. Статья, описывающая их, опубликована в Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Несмотря на то что космическое пространство представляет собой фактически вакуум, в нем находится достаточно много одиночных молекул и их скоплений — кластеров. Пространство в непосредственной близости от Земли, которое ученые называют «геокосмическим», на самом деле заполнено заряженными частицами — отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными ионами. Последние являются ключевыми участниками электродинамических процессов, которые мы наблюдаем в геокосмическом пространстве, и способствуют турбулентности в нем.

В августе 2000 года ESA запустило миссию Cluster, направленную на измерение концентрации ионов различных металлов в геокосмическом пространстве. Теперь, проанализировав 18 лет наблюдений, ученые выяснили, что один из элементов — железо — распределен в околоземном пространстве достаточно необычно. Авторы обнаружили ионы железа примерно в 10% наблюдений, что довольно много, учитывая их небольшую распространенность в космическом пространстве.

Однако ученых удивило не само присутствие железа, а его свойства. Спутник JAXA и NASA Geotail, который провел более 25 лет, наблюдая за магнитным полем Земли, обнаружил ионы Fe+ в геокосмическом пространстве в 2017 году. Это атомы железа, которые были лишены только самого внешнего из своих электронов. Новые результаты не только подтверждают этот вывод, но и дают существенную гораздо более полную картину.

Ионы железа могут попадать в геокосмическое пространство как из атмосферы Земли, так и благодаря солнечному ветру. Но до сих пор исследователи не знали, какой из этих источников превалирует. Предыдущие исследования показали, что обнаружение ионов железа в более высоких широтах может быть обусловлено целым рядом факторов, в том числе метеоритами, разрушающимися в атмосфере Земли, частицами, поднимающимися из определенных слоев атмосферы, или даже выбрасываемой с Луны пылью. Однако результаты наблюдений миссии Cluster не подтверждают ни одной из вышеперечисленных теорий. Они показывают, что наиболее вероятный источник ионов железа — это Солнце.

«Данные о распределении и концентрации ионов железа изменялись с течением времени таким образом, что соответствовали возмущениям в магнитном поле Земли и долгосрочным колебаниям солнечной активности, — говорит ведущий автор работы, Стайн Хааланд из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка. — Это говорит о том, что большая часть этого элемента в геокосмическом пространстве возникла благодаря потокам солнечного ветра, который прошел через магнитосферу, а не из-за движений ионов от атмосферы планеты».