Земная газовая оболочка — геокорона простирается по крайней мере вдвое дальше орбиты Луны. К такому выводу пришли исследователи из ИКИ РАН и их коллеги из научных организаций России, Франции и Финляндии, проанализировав данные прибора SWAN на космическом аппарате SOHO (ЕКА/НАСА).

«Луна пролетает сквозь земную атмосферу», — образно суммирует результат исследования Игорь Балюкин, сотрудник отдела физики планет ИКИ РАН и первый автор статьи, принятой к публикации в Journal of Geophysical Research: Space Physics. И уточняет, что речь идёт о самых дальних областях атмосферы — экзосфере, а ещё точнее — так называемой геокороне, которая состоит из нейтральных атомов водорода. Водородная корона есть у многих планет, она образуется в результате распада молекул воды и метана, и в целом её состояние характеризует темп потери воды планетой.

Наблюдения земной водородной короны — геокороны — из космоса велись как минимум с 1968 года, и они всегда были довольно трудны. Водородная компонента — источник так называемого вторичного Лайман-альфа излучения (это излучение с определённой длиной волны в ультрафиолетовом спектре). Чтобы оценить его масштабы, а значит, и размер геокороны, космический аппарат надо поместить за пределы геокороны. Но межпланетная среда, наполненная нейтральными атомами водорода проникшими в гелиосферу из межзвездной среды, сама по себе излучает в линии Лайман-альфа, поэтому необходимо разделять эти компоненты. Более того, излучение межзвёздной среды очень сильно зависит от направления наблюдений и времени солнечного цикла.

Исследователи использовали данные прибора SWAN на космическом аппарате SOHO (проект Европейского космического агентства, выведенный в космос в 1995 г.). SOHO работает в точке Лагранжа L1, «зависшей» между Землёй и Солнцем, на расстоянии примерно 1,5 миллиона километров от Земли.

Так космический аппарат SOHO наблюдал геокорону — облако атомарного водорода, окружающее Землю. Красная линия — луч зрения прибора SWAN на борту SOHO. Желтая стрелка указывает направление на Солнце. Изображение (с) ESA

Анализировались данные, полученные в период низкой солнечной активности в январе 1996, 1997 и 1998 годов. Именно в январе каждого года аппарат ориентирован наилучшим образом для наблюдений геокороны. SWAN регистрирует излучение в линии Лайман-альфа в межпланетной среде. Чтобы поглощать «мешающее» в данном случае излучение геокороны, на световом пути сенсора встроена специальная ячейка, которая заполнена водородным газом. Когда её «включают», то, фактически, излучение геокороны (но не межпланетной среды, излучение которой смещено из-за эффекта Доплера) поглощается. Таким образом, разницу в интенсивности излучения между включенными и выключенными состояниями можно приписать только геокороне.

Проанализировав данные SWAN, исследователи пришли к выводу, что излучение геокороны простирается примерно на 100 радиусов Земли или около 640 тысяч километров, гораздо дальше орбиты Луны (60 радиусов Земли или 380 тысяч км). При этом интенсивность водородного излучения на границах геокороны примерно в четыре раза слабее, чем у Луны. А это, как поясняют исследователи, может быть важно для будущих ультрафиолетовых обсерваторий, которые могут находиться в космосе вблизи Земли или, например, на поверхности Луны. Им тоже будет «мешать» окружающее излучение геокороны, которое надо учитывать при анализе наблюдений.

Интенсивность излучения атомарного водорода в геокороне — верхней части атмосферы Земли, по данным прибора SWAN на борту космического аппарата SOHO. Голубым обозначена малая интенсивность, красным — высокая. По данным SOHO было установлено, что геокорона простирается гораздо дальше орбиты Луны, которая обозначена на графике пунктирной линией. По вертикали и горизонтали указаны широта и долгота в эклиптических координатах/ Изображение ESA/NASA/SOHO/SWAN; I. Baliukin et al (2019)

Благодаря численной модели удалось восстановить концентрацию атомов водорода в геокороне. Солнечное излучение «поджимает» её с дневной стороны Земли. В этой области увеличивается число частиц в кубическом сантиметре: от 70 атомов на расстоянии 60 тысяч км до всего 0,2 атома на расстоянии орбиты Луны. Интересно, что во время солнечного минимума плотность атомов водорода оказалась выше, чем во время более активного Солнца (по данным других аппаратов).

Как подчёркивают авторы исследования, атомы водорода из геокороны не представляют серьёзной опасности для космонавтов. Но эти результаты могут оказаться очень полезными для изучения экзопланет и поиска среди них возможных «двойников Земли». «Водородная корона может служить признаком того, что в атмосфере планеты, ближе к поверхности, есть водяной пар, как мы наблюдаем это на Земле, Венере и Марсе», — говорит Жан-Лу Берто (Jean-Loup Bertaux), сотрудник лаборатории LATMOS Национального центра космических исследований Франции и руководитель «мегагрантной» лаборатории ИКИ РАН «Планеты земной группы и землеподобные экзопланеты», а также бывший научный руководитель эксперимента SWAN.

Эксперимент SWAN штатно работает и сегодня, но, как уточняет Игорь Балюкин, после 1998 года не пригоден для измерения излучения от геокороны, так как сенсор изменил свою чувствительность к ближнему УФ-излучению. Тем не менее, даже старые данные, как оказалось, скрывают много интересной информации, которую можно получить, используя новые подходы.