Российские ученые обнаружили тайные ускорители частиц в магнитном хвосте Земли

Магнитосфера Земли играет роль невидимого щита для нашей планеты. Именно она защищает нас от опасного солнечного излучения. Корона нашего светила регулярно испускает поток заряженных частиц в межзвездное пространство — солнечный ветер. Под его давлением магнитосфера вытягивается в длинный шлейф, который напоминает хвост кометы — поэтому его так и называют.

В хвосте магнитосферы накапливается много энергии. Время от времени происходит магнитное перезамыкание, когда энергия высвобождается. Линии магнитного поля разрываются и снова соединяются, выбрасывая огромные порции энергии: частицы плазмы, разогнанные до больших скоростей, устремляются к Земле, вызывая на ней геомагнитные бури и полярные сияния.

Ранее ученые полагали, что все эти процессы происходят в одной локальной зоне. Но международная группа ученых из ИКИ РАН, МФТИ и Бэйханского университета в Китае выявила новый механизм. Специалисты проанализировали данные Magnetospheric Multiscale (MMS) — четырех идентичных спутников, которые летят тесно друг к другу и позволяют изучать процессы в плазме как бы объемным зрением, — от 6 июля 2017 года.

Проект «Интербол»: как Россия запустила спутники в плазменный «хвост» Земли

В одном из турбулентных потоков приборы аппаратов зафиксировали неожиданные всплески электрического поля — крайне интенсивные и короткие. Амплитуда этих импульсов достигала до 100 мВ/м, что очень много для плазмы. Как выяснили ученые, это не случайный шум — всплески тесно связаны с электрическими токами, которые в свою очередь переносились электронами.

Процесс можно объяснить на примере реки: по мере удаления от водопада на ней начинаются образовываться бурные каскады. Так же и с плазменными потоками: они несут внутри зоны каскадного ускорения — вторичные ускорители частиц, которые запускают цепочку новых. А электростатические волны выступают посредниками: забирая энергию у быстрых электронов, они передают ее холодной плазме. Таким образом поддерживается баланс.

Как подчеркнули ученые, получается, что космическая энергия преобразуется в набор локальных всплесков, а не рассеивается равномерно. В дальнейшем они намерены оценить вклад микро-ускорителей в энергетический баланс магнитосферы. Также нужны более детальные теоретические модели, которые позволят описать рождение и эволюцию этих структур.

Чем точнее специалисты будут прогнозировать космическую погоду, тем надежнее для спутников, систем связи и навигации. Также это напрямую влияет на безопасность полетов в космос людей. Как космическая погода влияет на нашу жизнь, объяснили здесь.

Визуализация Mark Garlick/Science photo library