Исследование слабоизученного процесса перезамыкания силовых линий магнитного поля Земли однажды может открыть дорогу термоядерной энергетике.

Четверка аппаратов миссии MMS в окрестностях Земли: взгляд художника-моделиста


Так выглядит токамак лаборатории Lawrence Berkeley


Столкновение частиц солнечного ветра вызывает перезамыкание в магнитосфере Земли. Это событие приводит к тому, что заряженные электроны и протоны устремляются в верхние слои атмосферы и, взаимодействуя здесь с ее молекулами, создают такое впечатляющее зрелище, как полярные сияния

Перезамыкание магнитных полей сопровождает, возможно, любой взрыв во Вселенной. Оно происходит везде, где только ни встречаются магнитные поля – то есть, почти повсеместно. На Солнце, с его мощным магнитным полем, оно участвует в создании могучих вспышек мощностью, далеко превосходящей все оружие, накопленное на сегодня человечеством. В окрестностях Земли оно порождает геомагнитные бури и создает поразительные полярные сияния. В физических институтах оно мешает проведению экспериментов по термоядерному синтезу. И при этом ученые не до конца понимают суть этого явления.

Разумеется, в целом все ясно: силовые линии магнитных полей пересекаются, взаимодействуют, размыкаются и замыкаются снова, меняя свой «рисунок». Процесс этот сопровождается выбросом энергии в виде тепла или потока частиц. Но каким именно образом и почему простая рекомбинация силовых линий приводит к событиям столь колоссального масштаба?

Чтобы выяснить это, NASA планирует миссию MMS , в состав которой войдет четверка космических аппаратов, которые, работая в магнитосфере Земли, изучат процесс перезамыкания во всех деталях. В июне этого года проект был одобрен, и инженеры приступили к изготовлению спутников. Запустить из планируется в 2014 г., на борту еще разрабатываемой ракеты Ares V .

Во внешних слоях земной магнитосферы, где она взаимодействует с заряженными частицами солнечного ветра, перезамыкание происходит постоянно, создавая «порталы», напрямую соединяющие нас с Солнцем (читайте об этом процессе и его последствиях в заметке « Портал открыт »). В более близких к нам областях магнитосферы перезамыкание направляет потоки частиц к верхним слоям атмосферы, создавая полярные сияния (читайте: « Плазма над полюсом »). Есть немало и других примеров, и все их исследует миссия MMS.

Каждый из четверки одинаковых аппаратов напоминает огромную хоккейную шайбу диаметр 3,7 м и высотой 1,2 м. Бортовые датчики будут вести мониторинг и электромагнитных полей, и поведения заряженных частиц в земной магнитосфере. И теоретически, эта работа может однажды привести к тому, что человечество навсегда забудет о такой вещи, как энергетический кризис.

Дело в том, что одним из самых многообещающих подходов к созданию технологии управляемого термоядерного синтеза заключается в том, что раскаленная плазма, необходимая для этого, удерживается магнитным полем внутри токамака . Все подробности этого вопроса лучше всего узнать в статье « Мирный термояд ».

Однако и использование токамака пока сталкивается с серьезными трудностями. И одна из них – как раз перезамыкание линий магнитных полей, приводящее к весьма зрелищным – и плачевным последствиям: происходит потеря контроля над плазмой.

Казалось бы, для исследования перезамыкания можно использовать сами токамаки. Но на деле оно происходит здесь в очень небольших масштабах, охватывая считанные миллиметры пространства. Изучать его здесь довольно сложно, сложно даже сконструировать достаточно миниатюрные и чувствительные, способные выдержать высокие температуры датчики.

В этом смысле магнитосфера Земли куда более подходяща. Области перезамыкания охватывают здесь десятки километров, и их можно рассмотреть во всей красе, с разных сторон, а нередко и изнутри. Именно этим займутся аппараты MMS: прямым наблюдением перезамыкания магнитных полей. Возможно, они и дадут те данные, на основе которых ученым удастся окончательно укротить плазму и освободят нас от нефтегазового рабства.

По сообщению NASA