Как проводить наблюдения в водородном облаке
Сотрудники Института космических исследований РАН изучили влияние геокороны на ультрафиолетовые наблюдения из космоса. Эти результаты важны для интерпретации данных околоземных обсерваторий, в том числе будущей российской обсерватории «Спектр-УФ».
Геокороной называют оболочку из нейтральных атомов водорода во внешнем слое атмосферы Земли — экзосфере, которая начинается на высоте около 500 километров. Такая оболочка есть у многих планет, она образуется в результате распада молекул воды и метана.
Геокорону можно изучать с помощью наблюдений в ультрафиолетовом диапазоне, поскольку атомы водорода рассеивают солнечные фотоны с длиной 121.567 нанометра (нм) — так называемое излучение в линии Лайман-альфа. Свойства рассеянного излучения зависят от концентрации и распределения атомов водорода в геокороне.
Свечение геокороны в линии Лайман-альфа было экспериментально измерено в январе 1996, 1997 и 1998 годов с помощью прибора SWAN с борта обсерватории SOHO (ESA/NASA), которая находится на расстоянии 1,5 миллиона километроыв от Земли в сторону Солнца.
В 2019 году исследователи из ИКИ РАН и их коллеги из других организаций, проанализировав данные SWAN, пришли к выводу, что геокорона простирается примерно на 100 радиусов Земли или около 640 тысяч километров, гораздо дальше орбиты Луны (60 радиусов Земли или 380 тысяч километров).
Тогда же исследователи построили численную модель, на основе которой удалось восстановить концентрацию атомов водорода в геокороне. Модель позволяет вычислять распределение атомов водорода по скоростям в зависимости от расстояния от Земли и учитывает силу радиационного отталкивания под действием солнечных фотонов, а также ионизацию атомов водорода, то есть их «превращение» из нейтральных атомов в заряженные частицы в результате взаимодействия с солнечным ветром и солнечными фотонами.
«Результаты моделирования экзосферного излучения хорошо воспроизводят данные наблюдений интенсивности излучения Лайман-альфа SWAN/SOHO, — говорит Игорь Балюкин, научный сотрудник отдела физики планет ИКИ РАН и первый автор работы. — Поэтому модель можно использовать и в прикладных целях, чтобы оценить помехи, которые излучение геокороны вносит в данные ультрафиолетовых космических обсерваторий».
Это важно, в частности, для планирования российской миссии астрофизической обсерватории «Спектр-УФ», которая будет проводить наблюдения с геосинхронной орбиты высотой около шести радиусов Земли (примерно 36 000 километров). Это существенно дальше орбиты космического телескопа им. Эдвина Хаббла (около 500 километров), однако достаточно «низко», чтобы рассеянное излучение геокороны влияло на получаемые данные.
Именно степень этого влияния, то есть потери полезного сигнала, и предстояло оценить, с учётом не только расстояния от Земли, но и направления луча зрения обсерватории.
«В рамках модели мы посчитали, что на длине волны Лайман-альфа в лучшем случае, то есть когда луч зрения телескопа направлен в сторону от Земли, „Спектр-УФ“ сможет зарегистрировать порядка 90 процентов сигнала, приходящего от удалённого источника, — уточняет Игорь Балюкин. — Это очевидное преимущество по отношению к наблюдениям с низкой околоземной орбиты, на которой находится телескоп „Хаббл“, поскольку вам не потребуется долго смотреть в одном направлении, чтобы накопить достаточную статистику».
Коэффициент пропускания геокороны ультрафиолетового излучения в линии Лайман-альфа для космического аппарата, находящегося на орбите высотой ~6 радиусов Земли для разных положений аппарата и направлений луча зрения. Более светлый оттенок соответствует большему коэффициенту пропускания (меньшему поглощению излучения геокороной)
Обсерватория «Спектр-УФ» планируется к запуску в 2031 году в рамках федерального проекта «Космическая наука». Головная организация по научной нагрузке — Институт астрономии РАН, аппарат создаётся в НПО им. С. А. Лавочкина.
Результаты исследования были представлены на конференции «Ультрафиолетовая Вселенная 2026», которая состоялась 24–26 июня 2026 году в Москве.
Источник: ИКИ РАН