Анализ данных SWAN/SOHO по измерению солнечного Лайман-α излучения: водородная геокорона простирается далеко за пределы Луны

В январе 1996, 1997 и 1998 гг. (период низкой солнечной активности) было измерено рассеянное солнечное Лайман-α излучение от водородной экзосферы (геокороны) Земли при помощи прибора SWAN на борту КА SOHO с расстояния ~1.5 миллиона километров (L1). Использование водородной поглощающей ячейки на световом пути позволило отделить межпланетное излучение от экзосферного. Было обнаружено, что геокорона простирается, по меньшей мере, до 100 радиусов Земли (Re) с интенсивностью ~5 Рэлей, что значительно превышает недавние оценки, полученные прибором LAICA (~50 Re), и охватывает орбиту Луны (~60 Re).

Была разработана численная модель распределения атомов водорода в экзосфере, основанная на кинетическом подходе, которая учитывает силу радиационного отталкивания и ионизацию (перезарядку атомов на протонах солнечного ветра и фотоионизацию). Радиационное давление сжимает экзосферу на дневной стороне, увеличивая концентрацию водорода в области от 3 до 20 Re (примерно в 2.5 на расстоянии 7 Re по сравнению с классической одномерной моделью Чемберлена). Результаты моделирования экзосферного излучения очень хорошо воспроизводят данные наблюдений интенсивности SWAN/SOHO.

Проводится сравнение данных SWAN с измерениями LAICA (2015) и OGO-5 (1968), выполненными в период солнечного максимума. Интегрированные вдоль луча зрения концентрации на расстоянии 7 Re по данным SWAN выше (в 1.1 - 2.5 раз) чем концентрации, полученные по данным LAICA и OGO-5. В то же время в период максимума солнечной активности следует ожидать более сильное влияние радиационного отталкивания, и, соответственно, более высокую концентрацию. Обсуждается возможная роль атомов водорода, находящихся на спутниковых орбитах, чтобы объяснить это кажущееся противоречие.

Для восстановления концентрации атомов водорода в экзосфере для трех наблюдений SWAN была использована техника «onion-peeling». На больших гелиоцентрических расстояниях замечена повышенная концентрация по сравнению с численными моделями, что, вероятно, связано с присутствием атомов нетепловой природы, которые не учитывались при моделировании. Кратко обсуждается взаимодействие Луны с водородной экзосферой Земли.