Міжнародний колектив астрофізиків вивчив виникнення іонних дір у хвості земної магнітосфери і оцінив їх вплив на космічну погоду. Вони встановили, що іонні діри поширюються похило до локального магнітного поля. Результати дослідження дозволять краще зрозуміти фізику навколоземної плазми, що визначає космічну погоду в навколоземному просторі і в полярних областях Землі.
Результати дослідження опубліковані в журналі Geophysical Research Letters. Навколоземний простір заповнений плазмою. Її поведінка впливає на погоду в цьому просторі, іншими словами — на космічну погоду. Щоб передбачити, як вона зміниться, важливо знати, які хвилі існують в плазмі і як вони себе ведуть. Вчені налічують більше десятка типів різних хвиль, один з них — відокремлені хвилі з негативною полярністю, або іонні діри.
До недавнього часу цей тип хвиль практично не досліджували, проте запуск супутникових місій нового покоління, оснащених більш точними приладами, дозволив провести їх детальні вимірювання. Сьогодні вчені збирають статистику хвиль, вивчають їх основні параметри, щоб зрозуміти, наскільки ці хвилі важливі для космічної погоди і як побудувати модель її передбачення в навколоземному просторі.
Щоб зібрати статистику іонних дірок, американські дослідники під керівництвом професора Форреста Мозера з Каліфорнійського університету використовували дані чотирьох космічних супутників. Виявилося, що цих хвиль багато в хвості земної магнітосфери, на її нічній стороні. Саме з цього боку починають рух частинки плазми, які висипаються на Землю у вигляді, наприклад, авроральних сяйв, відомих нам як північні. На всіх чотирьох космічних апаратах Magnetospheric Multiscale (MMS) Mission спостерігалося 150 іонних дірок навколо потоку швидкої плазми в плазмовому шарі Землі.
Перед дослідниками стояло завдання зареєструвати одну і ту ж хвилю на сусідніх апаратах місії MMS, щоб розрахувати її швидкість і напрямок поширення. Поєднавши ці дані з вимірами магнітного поля, вчені встановили, що спостережувані хвилі можуть поширюватися під значними кутами до магнітного поля. Великі кути нахилу дозволяють хвилям ефективно розсіювати і нагрівати частинки плазми. Своєю чергою, потоки заряджених частинок сприяють утворенню спостережуваних хвиль.
“Отримані дані і запропонована інтерпретація дозволять провести більш детальні і реалістичні симуляції навколоземної плазми. У майбутньому це допоможе точніше передбачати погоду в космічному просторі і полярних областях Землі в північній і південній півкулях», — вважає один зі співавторів статті.
Вивчення фізики плазми стало популярним, коли вчені зацікавилися створенням нових джерел енергії на підставі термоядерного синтезу. Цей процес довгий час вивчали на основі досліджень лабораторної плазми, поки не виявилося, що простір навколо Землі не порожній і теж заповнений плазмою зі схожими властивостями. Тому на додаток до дорогих лабораторних досліджень було вирішено використовувати космічні супутники для вивчення плазми навколоземного простору.
У процесі досліджень, однак, виявилося, що вивчення плазми в навколоземному просторі має власну цінність. Зміна навколоземної погоди може впливати на супутники. Наприклад, спалах на Сонці може вивести з ладу дорогу апаратуру на супутниках. Щоб визначити, чи станеться це, треба розуміти фізику навколоземної плазми. Так відгалуження термоядерної фізики стало самостійним напрямком досліджень – вивченням космічної погоди.
“Вивчення навколоземної плазми дозволяє нам краще зрозуміти фізику віддалених і недоступних для прямого вимірювання астрофізичних об’єктів, таких як ударні хвилі. Ударні хвилі – це хмари плазми, які швидко розлітаються, всередині яких знаходиться в постійному русі безліч дрібних хвиль. Серед них-іонні діри. Важливо зрозуміти, як себе ведуть ці дрібні хвилі, хоча б на прикладі навколоземної плазми. Ударні хвилі виступають одним з основних джерел космічних променів і впливають на земну погоду і на здоров’я людей», — розповів один з дослідників.