18 ноября 2023 года Земля не то, чтобы налетела на небесную ось, но столкнулась с космическим событием схожего порядка.
Во всяком случае, ничего подобного ранее ученые не фиксировали.
Исследователи из иркутского Института солнечно-земной физики РАН утверждают, что взрыв космического корабля Starship, который в этот день испытывала компания SpaceX Илона Маска, пробил огромную дыру в верхних слоях атмосферы размером в несколько тысяч километров.
Этот “незакрытый пуп Земли” просуществовал в ионосфере около часа и обозначил новый побочный эффект развития космонавтики, о котором мы раньше не подозревали. Впрочем, обо всем по порядку…
Starship - это самая большая и мощная ракета из когда-либо существовавших, она предназначена для освоения дальнего космоса, в частности для полетов на Луну и Марс. Сверхтяжелая ракета-носитель, состоит из двух ступеней: ускорителя Super Heavy (первая ступень, она используется только для взлета с Земли) и собственно космического корабля Starship (вторая ступень, способна выполнять межпланетные перелеты и самостоятельную посадку на Землю). Полностью заправленный топливом Starship весит около 5000 тонн - это настоящий гигант!
18 ноября 2023 года SpaceX проводила второй испытательный полет Starship. Ракета-носитель стартовала с космодрома Бока-Чика в Техасе. На высоте 70 километров произошло плановое отделение первой ступени, она должна была приземлиться на поверхность, но неожиданно один из двигателей Super Heavy загорелся, что привело к мощному взрыву ускорительного блока. А через несколько минут, когда сам корабль достиг высоты 149 километров, из-за утечки топлива сработал механизм самоуничтожения второй ступени, это вызвало второй мощный взрыв. С момента запуска ракеты прошло около 8 минут.
Команда ученых из российского Института солнечно-земной физики под руководством физика Юрия Ясюкевича решила понять, как такие мощные взрывы могут повлиять на ионосферу Земли (это зона атмосферы, которая простирается от 50 до 1000 километров над поверхностью планеты).
Физики изучили данные примерно 2500 наземных станций расположенных на территории Северной Америке и Карибского региона, которые принимали сигналы спутниковой навигации. Станции фиксировали возмущение продолжительностью от 30 до 40 минут. При этом в ионосфере образовалась гигантская плазменная дыра (это состояние, когда ионосфера теряет заряженные электроны) над территорией от полуострова Юкатан в Мексике до юго-востока США. Затем в течение часа эта дыра постепенно затянулась .
- Обычно небольшие дыры образуются в ионосфере в результате химического взаимодействия с ракетным топливом, — рассказал ведущий автор исследования Юрий Ясюкевич.
Огненный смерч, который производят двигатели взлетающей ракеты, сам по себе делает дырки в атмосфере. Такие элементы ракетного топлива, как углекислый газ и водяной пар, могут вступать в реакцию с ионизированными атомами кислорода, и превращать их в обычные атомы кислорода - так возникает дыра в океане ионосферной плазмы.
Но это первый описанный в науке случай, когда ионосферная дыра была создана таким катастрофическим явлением, как взрыв сверхмощной ракеты. По размеру эта пробоина уступает той, что образовалась в результате мощного извержения вулкана Хунга Тонга в 2022 году, однако превосходит “прореху”, которую проделал в атмосфере Челябинский метеорит 2013 года.
Иркутские ученые полагают, что в нашем случае такая масштабная брешь возникла благодаря эффекту двойной ударной волны, которая распространялась быстрее скорости звука.
Авторы исследования отмечают: в момент первого взрыва ускорительный блок летел со скоростью 1,06 км/секунду, это примерно в 3 раза превышает скорость звука. А космический корабль Starship на высоте 149 км перед взрывом набрал скорость 5–6 км/с, что примерно в 5 раз превышает скорость звука. Обе ступени корабля генерировали ударные волны, одна наложилась на другую, и оба взрыва почти одновременно “взбаламутили” огромное пространство ионосферы. Они распространялись в атмосфере, как волна от гоночного катера. Этот эффект был усилен выхлопами топлива космического корабля.
Почему это имеет такое значение? Дело в том, что ионосфера - это очень важная оболочка Земли, она влияет на распространение радиоволн. Следовательно от состояния ионосферы зависят связь и спутниковая навигация - то, без чего современный человек не представляет своего существования. А точность навигационных данных критически важна, например, для авиации. Если для водителя автомобиля ошибка навигатора в пару метров не является принципиальной, то для самолетов, оснащенных навигационно-посадочным оборудованием, допустимая погрешность составляет несколько сантиметров. И если происходят сильные возмущения ионосферы, то самолет не сможет сесть, особенно в условиях плохой видимости - велика вероятность промахнуться мимо посадочной полосы. Кроме того, коротковолновую радиосвязь часто используют военные. Известны случаи (такое встречалось в практике американцев в Афганистане), когда из-за внезапного сильного возмущения в ионосфере приходилось откладывать наземные операции, поскольку наладить связь было невозможно.
Поэтому ученые десятилетиями изучали, как влияют на ионосферу различные события, начиная от землетрясений и заканчивая подземными ядерными испытаниями. Теперь выясняется, что ионосферные возмущения могут провоцировать запуски сверхтяжелых ракет. По мере развития космонавтики и увеличения количества пусков эти эффекты могут превратится в серьезную проблему.
Автор: Ярослав КОРОБАТОВ
