«Бусины» полярного сияния: как магнитосфера Земли собирает ожерелье (ВИДЕО, ФОТО)
Моделирование на мощных компьютерах с использованием последних наблюдений специальной миссии NASA позволило, наконец, объяснить необычное проявление полярного сияния, которое давно не давало покоя научной общественности.
Яркие светящиеся полосы, которые мы представляем себе при упоминании полярного сияния — это результат взаимодействия заряженных частиц с атомами и молекулами в верхних слоях атмосферы. Частицы с Солнца проникают через участки магнитосферы в районе магнитных полюсов Земли, расположенных в полярных широтах. Ионизируя встречные атомы веществ в атмосфере, инородные частицы оставляют после себя завораживающее разноцветное свечение. Фотоны из желтой, зеленой и красной областей спектра испускаются атомами кислорода. Источник синих и фиолетовых оттенков — азот.
Ученые полагают, что частицы солнечной радиации проникают в атмосферу Земли из-за явления под названием магнитная суббуря. Во время такой суббури потоки солнечного ветра воздействуют на хвост магнитосферы нашей планеты, вызывая резкую смену его пространственной конфигурации. Это приводит к возмущениям магнитного поля в северной и южной полярных областях Земли, где формируются затем полярные сияния. Перед крупным полярным сиянием в небе часто появляются точечные огоньки, похожие на бусинки жемчужного ожерелья.
Долгое время ученые спорили о том, что вызывает столь необычную форму полярного сияния: некое космическое явление, предшествующее суббурям, или причина — возмущения атмосферы Земли. Ответ дало компьютерное моделирование на мощных машинах, опытные данные для которого предоставила миссия NASA THEMIS — три космических корабля, вместе наблюдавших за полярными широтами. Исследование, опубликованное в журналах Geophysical Research Letters и Journal of Geophysical Research: Space Physics, показало, что бусины — это следствие турбулентных (вихревых) потоков в солнечной плазме.
«Эти турбулентности в космосе изначально вызываются электронами, более легкими и более подвижными, чем протоны и другие заряженные частицы от Солнца», — сказал Евгений Панов, ведущий автор одной из статей и ученый THEMIS из Института космических исследований Австрийской академии наук, и добавил, что плазменные вихри теоретически могут развиться до полномасштабных магнитных суббурь.
Образование бусин из-за плазменных вихрей моделировалось на масштабе от десятков до миллионов километров. В результате ученые обнаружили, что солнечная плазма, изгибаемая магнитным полем Земли, формирует пузыри плазмы с обратной направлению налета стороны планеты. Пузыри напоминают сгустки в лавовой лампе и будто плавают в более тяжелой плазме в магнитосфере, создавая плазменные столбы, которые тянутся вниз к Земле. Эти столбы порождают ограниченные в пространстве продольные токовые структуры, которые проявляются в ионосфере в виде ярких светящихся крупных бусин.
«Теоретически, пузыри плазмы могут «запутать» силовые линии магнитного поля и вызвать событие, известное как магнитное пересоединение, которое создает полномасштабные суббури и вызывает крупные полярные сияния. Чтобы понять эти особенности в полярном сиянии, необходимо исследовать как глобальные, так и более мелкие, локальные масштабы явления. Вот почему до сих пор это было так сложно», — сказал Вячеслав Меркин, соавтор одной из новых статей и ученый в Центре геокосмических бурь NASA, — Это требует очень сложных алгоритмов и больших суперкомпьютеров".
Технические мощности, доступные группе ученых, участвующих в этом исследовании, позволили больше узнать о таинственном полярном сиянии, которое до сих пор хранит свои тайны.
Еще почитать:
В России научились прогнозировать полярные сияния
Комета NEOWISE летит по ночному небу (ВИДЕО)
Четыре небесных явления на одном фотоснимке (ФОТО)
Астрономы определили источник загадочного радиосигнала из космоса (ФОТО)
Во Вселенной произошел второй по мощности катаклизм после Большого взрыва - СМИ