Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Южноатлантическая аномалия (SAA) – область, где внутренний радиационный пояс Ван Аллена Земли приближается к поверхности Земли, опускаясь до высоты около 100 м. Это приводит к увеличению потока энергичных частиц в этом регионе и подвергает находящиеся на орбите спутники (включая МКС) более высоким, чем обычно, уровням ионизирующего излучения. Эффект вызван несоосностью Земли и её магнитного диполя и в последнее время наблюдается рост его интенсивности. SAA – это околоземной регион, где магнитное поле Земли является наиболее слабым по отношению к идеализированному дипольному полю, центрированному в Земле.
Region where Earth's magnetic field is weakest relative to an idealised dipole
The South Atlantic Anomaly (SAA) is an area where Earth's inner Van Allen radiation belt comes closest to Earth's surface, dipping down to an altitude of This leads to an increased flux of energetic particles in this region and exposes orbiting satellites (including the ISS) to higher than usual levels of ionizing radiation. The effect is caused by the non concentricity of Earth and its magnetic dipole and has been observed to be increasing in intensity recently. The SAA is the near Earth region where Earth's magnetic field is weakest relative to an idealized Earth centered dipole field.
Определение
Площадь Южно-Атлантической аномалии (ЮАА) ограничена интенсивностью магнитного поля Земли менее чем 32 000 нанотесла на уровне моря, что соответствует дипольному магнитному полю на ионосферных высотах. Однако само поле меняется по интенсивности, образуя градиент. Если магнитное поле Земли представить в виде небольшого, но сильного магнита ("магнитного диполя"), то вариацию ЮАА можно проиллюстрировать, разместив магнит не в плоскости экватора, а на небольшом расстоянии к северу, со смещением примерно в направлении Сингапура. В результате над северной частью Южной Америки и южной Атлантикой, вблизи антипода Сингапура, магнитное поле относительно слабое, что приводит к меньшему отталкиванию захваченных частиц радиационных поясов. Вследствие этого частицы достигают более глубоких слоев верхней атмосферы, чем это было бы в противном случае. Форма ЮАА меняется со временем. С момента её открытия в 1958 году южные границы ЮАА оставались примерно постоянными, в то время как долгосрочное расширение наблюдалось в северо-западном, северном, северо-восточном и восточном направлениях. Кроме того, форма и плотность частиц в ЮАА меняются в течение суток, причём наибольшая плотность частиц соответствует примерно местному полудню. На высоте приблизительно от −50° до 0° географической широты и от −90° до +40° долготы ЮАА простирается. Наиболее интенсивная часть ЮАА дрейфует на запад со скоростью около 0,3° в год, что отражено в приведенных ниже ссылках. Скорость дрейфа ЮАА очень близка к дифференциальному вращению между ядром Земли и её поверхностью, которое оценивается от 0,3° до 0,5° в год. Современная научная литература предполагает, что медленное ослабление геомагнитного поля является одной из причин изменений границ ЮАА с момента её открытия. По мере дальнейшего ослабления геомагнитного поля внутренний пояс Ван Аллена приближается к Земле, что приводит к пропорциональному увеличению ЮАА на заданных высотах. В Среднем голоцене магнитное поле Земли в регионе, занимаемом ЮАА, было относительно спокойным и стабильным, в отличие от его нынешней активности. Южно-Атлантическая аномалия, по-видимому, вызвана огромным резервуаром очень плотных пород внутри Земли, известным как Африканская область низкой скорости сдвига. Положение аномалии может определяться как положение максимального магнитного потока, так и положение центроида потока, который менее чувствителен к шумам при отборе проб и более репрезентативен для характеристики в целом. В январе 2021 года центроид находился вблизи и дрейфовал со скоростью около 0,23° ю. ш. и 0,34° з. д. в год.
The area of the SAA is confined by the intensity of Earth's magnetic field at less than 32,000 nanotesla at sea level, which corresponds to the dipolar magnetic field at ionospheric altitudes. However, the field itself varies in intensity as a gradient. If Earth's magnetism is represented by a bar magnet of small size but strong intensity ("magnetic dipole"), the SAA variation can be illustrated by placing the magnet not in the plane of the Equator, but some small distance North, shifted more or less in the direction of Singapore. As a result, over northern South America and the south Atlantic, near Singapore's antipodal point, the magnetic field is relatively weak, resulting in a lower repulsion to trapped particles of the radiation belts there, and as a result these particles reach deeper into the upper atmosphere than they otherwise would. The shape of the SAA changes over time. Since its initial discovery in 1958, the southern limits of the SAA have remained roughly constant while a long term expansion has been measured to the northwest, the north, the northeast, and the east. Additionally, the shape and particle density of the SAA varies on a diurnal basis, with greatest particle density corresponding roughly to local noon. At an altitude of approximately , the SAA spans from −50° to 0° geographic latitude and from −90° to +40° longitude. The highest intensity portion of the SAA drifts to the west at a speed of about 0.3° per year, and is noticeable in the references listed below. The drift rate of the SAA is very close to the rotation differential between the Earth's core and its surface, estimated to be between 0.3° and 0.5° per year. Current literature suggests that a slow weakening of the geomagnetic field is one of several causes for the changes in the borders of the SAA since its discovery. As the geomagnetic field continues to weaken, the inner Van Allen belt gets closer to the Earth, with a commensurate enlargement of the SAA at given altitudes. During the Middle Holocene, the Earth's magnetic field in the region occupied by the SAM was relatively calm and quiescent, contrasting with its present day activity. The South Atlantic Anomaly seems to be caused by a huge reservoir of very dense rock inside the Earth called the African large low shear velocity province. The position of the anomaly can be that of the maximum magnetic flux or that of the centroid of the flux, which is less sensitive to sampling noise and more representative of the feature as a whole. In January 2021, the centroid was located near and drifting about 0.23°S 0.34°W per year.
Интенсивность и последствия
Южноатлантическая аномалия имеет большое значение для астрономических спутников и других космических аппаратов, вращающихся вокруг Земли на высоте нескольких сотен километров; эти орбиты периодически проводят спутники через аномалию, подвергая их воздействию нескольких минут сильного ионизирующего излучения, вызванного захваченными протонами во внутреннем поясе Ван Аллена. Измерения, полученные во время полета космического шаттла STS-94, показали, что дозы поглощенного излучения от заряженных частиц варьировались от 112 до 175 мкГр/сут, при этом эквивалентные дозы составляли от 264,3 до 413 мкЗв/сут. Международная космическая станция, находящаяся на орбите с наклоном 51,6°, требует дополнительной защиты для решения этой проблемы. Космический телескоп Хаббл не проводит наблюдения во время прохождения через Южноатлантическую аномалию. Прохождение через аномалию вызвало ложные срабатывания датчика солнечных вспышек на телескопе Skylab Apollo Telescope Mount. На космонавтов также влияет эта область, которая, по мнению ученых, является причиной появления необычных "падающих звезд" (фосфенов) в поле зрения космонавтов – эффект, известный как космические лучевые визуальные феномены. Считается, что прохождение через Южноатлантическую аномалию стало причиной выхода из строя спутников сети Globalstar в 2007 году. Эксперимент PAMELA, проходя через Южноатлантическую аномалию, обнаружил уровни антипротонов, которые превышали ожидаемые в несколько раз. Это позволяет предположить, что пояс Ван Аллена удерживает античастицы, образующиеся в результате взаимодействия верхних слоев атмосферы Земли с космическими лучами. NASA сообщила о случаях выхода из строя современных ноутбуков во время прохождения космических шаттлов через аномалию. В октябре 2012 года космический корабль SpaceX CRS-1 Dragon, пристыкованный к Международной космической станции, испытал кратковременную проблему при прохождении через аномалию. Предполагается, что Южноатлантическая аномалия послужила началом цепи событий, приведших к разрушению Hitomi – самой мощной рентгеновской обсерватории Японии. Аномалия временно отключила систему ориентации, в результате чего спутник полагался исключительно на неисправные гироскопы, что привело к потере управления и, как следствие, к потере солнечных панелей.
The South Atlantic Anomaly is of great significance to astronomical satellites and other spacecraft that orbit the Earth at several hundred kilometers altitude; these orbits take satellites through the anomaly periodically, exposing them to several minutes of strong ionizing radiation, caused by the trapped protons in the inner Van Allen belt. Measurements on Space Shuttle flight STS 94 have ascertained that absorbed dose rates from charged particles have extended from 112 to 175 μGy/day, with dose equivalent rates ranging from 264.3 to 413 μSv/day. The International Space Station, orbiting with an inclination of 51.6°, requires extra shielding to deal with this problem. The Hubble Space Telescope does not take observations while passing through the SAA. Passing through the anomaly caused false alarms on Skylab Apollo Telescope Mount's solar flare sensor. Astronauts are also affected by this region, which is said to be the cause of peculiar "shooting stars" (phosphenes) seen in the visual field of astronauts, an effect termed cosmic ray visual phenomena. Passing through the South Atlantic Anomaly is thought to be the reason for the failures of the Globalstar network's satellites in 2007. The PAMELA experiment, while passing through the SAA, detected antiproton levels that were orders of magnitude higher than expected. This suggests the Van Allen belt confines antiparticles produced by the interaction of the Earth's upper atmosphere with cosmic rays. NASA has reported that modern laptop computers have crashed when Space Shuttle flights passed through the anomaly. In October 2012, the SpaceX CRS 1 Dragon spacecraft attached to the International Space Station experienced a transient problem as it passed through the anomaly. The SAA is believed to have started a series of events leading to the destruction of the Hitomi, Japan's most powerful X ray observatory. The anomaly transiently disabled a direction finding mechanism, causing the satellite to rely solely on gyroscopes that were not working properly, after which it spun out of control, losing its solar panels in the process.