Зондирующие ракеты над Аляской
Каждую зиму с полигона Покер-Флэт на Аляске, расположенного в 50 километрах к северо-востоку от Фэрбэнкса, к верхней границе атмосферы отправляются суборбитальные ракеты. Обычно на них возлагается задача проведения научных экспериментов, связанных с изучением взаимодействия солнечного ветра с земной атмосферой. И, конечно же, возникающих при этом полярных сияний, которые на аляскинском небосводе возникают весьма часто.
Запуск зондирующей ракеты Oriole IV с полигона Покер-Флэт
Однако нынешняя зима, похоже, станет исключением. В период с 15 по 31 января 2018 года с Покер-Флэт планируется запустить четыре суборбитальные ракеты с совсем другими научными задачами.
Первый из январских экспериментов получил название DXL (Diffuse X-rays from the Local galaxy). Его целью станет изучение источников рентгеновских лучей, которые направляются к Земле из других районов нашей галактики.
В настоящее время считается, что низкоэнергичные рассеянные рентгеновские лучи, достигающие Земли, обычно приходят из двух источников. Первый источник расположен за пределами Солнечной системы. Им является область горячей межзвёздной плазмы, известная астрономам под названием «Локальный горячий пузырь» (Local Hot Bubble). Её происхождение до сих пор является предметом дискуссии, однако, согласно оной из гипотез, она образована остатками множественных взрывов сверхновых.
Второй же источник находится в пределах Солнечной системы. Он обусловлен процессом взаимодействия потоков солнечного ветра с нейтральными атомами комет, внешних слоев планетных атмосфер и даже межзвездного газа. Это процесс получил название «обмен зарядами в солнечном ветре» или «перезарядка солнечного ветра».
Для такого эксперимента Аляска в качестве района старта подходит как нельзя лучше и предоставляет важные преимущества. Прежде всего, район запуска расположен вблизи магнитного полюса Земли. То есть – полёт ракеты будет проходить поблизости от области, где потоки солнечного ветра, увлекаемые магнитным полем Земли, взаимодействуют с атомами верхних слоев атмосферы. Таким образом, «перезарядка солнечного ветра» происходит фактически под боком. Кроме того, инфраструктура полигона позволяет относительно продолжительное время держать готовую к старту ракету на пусковой позиции, ожидая момента максимального усиления Солнечного ветра.
Для осуществления эксперимента будет использоваться двухступенчатая ракета Black Brant IX, высота подъёма которой в апогее составит 230 километров.
Три другие ракеты будут осуществлять другой эксперимент, названный «Super Soaker». Его целью является исследование процесса формирования и динамики полярных мезосферных облаков.
Полярные мезосферные облака - фото с борта МКС
Эти облака, также известные под более поэтическим названием «Серебристые облака», представляют собой слои микроскопических частиц льда. Они формируются на высоте около 85 километров над уровнем моря и чрезвычайно чувствительны даже к небольшим изменениям в окружающей среде. В силу этого обстоятельства их уже на протяжении многих десятилетий часто используют для количественной оценки изменений, происходящих в верхней атмосфере. Однако использовать их в качестве индикаторов долгосрочных изменений достаточно сложно, и результаты такой оценки весьма противоречивы. Ведь, как уже было замечено, они реагируют на множество факторов, в том числе – на изменение стратосферной погоды и даже выбросы, попадающие в верхнюю атмосферу при запусках космических аппаратов.
В эксперименте «Super Soaker» специалистам предстоит как раз наблюдать влияние на серебристые облака краткосрочных изменений окружающей среды. Для этого в атмосферу предполагается выпустить облако водяного пара. Который, кстати, является одним из характерных загрязнений, обусловленных космическими запусками.
Для исследования будут задействованы уже три сурбитальные зондирующие ракеты «Terrier-Improved Orion», которые необходимо запустить одну за другой в течение 32 минут.
Испытание полезной нагрузки эксперимента «Super Soaker» на вибростенде
Первые две ракеты будут оснащены ёмкостями с триметилалюминием. Его предстоит распылить на высотах от 72 до 144 километров и создать «маркеры», хорошо заметные для наблюдения с помощью камер с поверхности Земли. Технология создания и наблюдения таких «маркеров» в верхней атмосфере хорошо отработана и широко используется для измерения скорости верхних атмосферных ветров.
После того, как первые две ракеты выполнят свою задачу, в мезосферу отправится третья, которая будет нести около 190 килограммов воды – примерно столько же, сколько вмещает обычная ванна. Эта вода будет рассеяна в мезосфере на 85 километрах, образовав при этом водяной пар – который, кстати, является одним из характерных выбросов при осуществлении космического запуска. То есть, фактически, будет предпринята попытка создать искусственное мезосферное облако. С помощью наземных приборов специалисты будут наблюдать за процессами его формирования, распределения пара в мезосфере, изменением его температуры и дальнейшей динамикой. Одновременные же наблюдения заранее созданных «маркеров» из триметилалюминия позволят получить информацию о состоянии верхней атмосферы до, во время и после формирования облака.
Считается, что серебристые облака открыл в 1885 году российский астроном В.К. Цераский. Он же впервые оценил и высоту из образования – по расчётам Цераского, она должна была составлять 75 километров, что близко к современным оценкам в 80-82 км. В 1920-е годы советский специалист в области минералогии и исследователь тунгусского метеорита Л.А. Кулик предложил метеорно-метеоритную гипотезу их формирования. Согласно этой гипотезе, центрами конденсации частиц водяного пара, образующих серебристые облака, являются попадающие в земную атмосферу мельчайшие метеорные частицы. В 1952 году советский физик И.А. Хвостиков предложил конденсационную теорию, по которой серебристые облака образуются слоями кристалликов льда. А в 1955 году М.Н. Гришин разработал классификацию форм полярных мезосферных облаков, вскоре ставшую международной.
В 1965 году космонавт А.А. Леонов впервые наблюдал серебристые облака из космоса. В дальнейшем их наблюдение входило в научную программу исследований, проводившихся на борту орбитальных станций «Салют». Например, в 1977 году советскими исследователями был проведён уникальный эксперимент по комплексному исследованию серебристых облаков в Южной полярной области. При этом с территории Антарктиды для изучения этого феномена были запущены геофизические ракеты, а с борта станции «Салют – 6» вёл наблюдения космонавт Г.М. Гречко.
К сожалению, в настоящее время запуски зондирующих ракет в нашей стране очень редки. Потому это направление в изучении мезосферы и серебристых облаков для нынешних научных коллективов пока остаётся малодоступным.
Фотографии с сайта NASA (https://www.nasa.gov)