Согласно расчетам, без источника энергии электрические поля должны быстро исчезнуть. Однако данные со спутников показали совершенно иной результат. В магнитосфере Земли функционирует механизм постоянной подзарядки.
Исследователи раскрыли тайну северного сияния и выяснили, откуда берется энергия для этого удивительного космического зрелища. Оказалось, что атмосфера Земли получает подпитку от особого космического источника — плазменные волны Альфвена, которые движутся вдоль линий магнитного поля нашей планеты.
Ранее ученые знали, что свечение возникает благодаря заряженным частицам, сталкивающимся с атмосферой. Однако их интересовало, какая сила разгоняет их до таких высоких скоростей и почему электрические поля, которые их ускоряют, продолжают действовать? С точки зрения логики, без источника энергии они должны были бы быстро угаснуть.
Международная группа из Гонконгского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе нашла ответ. Ключом к разгадке стал опыт изучения магнитосфер Юпитера и Сатурна — специалисты применили планетарный подход для решения загадки Земли. Выяснилось, что волны Альфвена действуют как природные ускорители, постоянно подзаряжая область, где происходит разгон частиц.
Для подтверждения своей теории авторы изучили данные со спутников NASA — зондов Van Allen и миссии THEMIS. Устройства этих аппаратов фиксировали движение заряженных частиц на различных высотах, начиная от дальних областей магнитосферы и заканчивая верхними слоями атмосферы. Выяснилось, что волны Альфвена действительно непрерывно пополняют энергию в зоне ускорения. Благодаря этому электрические поля остаются активными, а северное сияние продолжает сверкать, вместо того чтобы погаснуть после кратковременной вспышки.
Зонды Van Allen Probes работали на орбите с 2012 по 2019 год и были оснащены комплексом приборов для измерения электрических и магнитных полей, а также энергетических характеристик частиц. Спутники миссии THEMIS, запущенные в 2007 году, по-прежнему собирают данные о динамике магнитосферы и позволяют отслеживать процессы в реальном времени.
Профессор Чжунхуа Яо из Гонконгского университета отметил, что теперь можно с уверенностью утверждать, что вопрос о физике земного сияния разрешен. Более того, эта модель может быть применена к другим планетам нашей Солнечной системы. Команда Яо долгое время изучала полярные сияния на гигантских планетах, и теперь эти знания помогли прояснить процессы, происходящие вокруг Земли.
Поскольку волны Альфвена — это фундаментальное явление в физике плазмы, это открытие имеет универсальное значение. Вероятно, тот же механизм функционирует на Юпитере, Сатурне и других небесных телах с магнитным полем. Следует отметить, что яркость полярных сияний на газовых гигантах в сотни раз превышает земные, что связано с мощными магнитосферами этих планет и высокой интенсивностью потока частиц от их спутников.
Схожие исследования проводятся в рамках миссии Juno, изучающей Юпитер с 2016 года, а также в проекте Cassini, который до 2017 года собирал данные о Сатур
Фото: hi-tech.mail.ru