В лаборатории воспроизвели ключевую фазу формирования полярных сияний
08 июня 2021 г.
Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние – то, как электромагнитные колебания атмосферы Земли ускоряют падающие на нее электроны. Описание их эксперимента опубликовал научный журнал Nature Communications.
Полярные сияния возникают в результате взаимодействия магнитосферы Земли и электронов из солнечного ветра. Когда магнитное поле Земли захватывает эти частицы, они начинают двигаться вдоль его силовых линий. В результате эти электроны проникают в атмосферу у полюсов планеты, откуда эти линии выходят в космос. Там они сталкиваются с молекулами азота и кислорода, в результате чего возникает сине-зеленое свечение. Пока ученые не знают доподлинно, что разгоняет электроны при сближении с атмосферой и как именно они проникают в ее нижние слои.
Американские физики воспроизвели этот процесс в лаборатории с помощью специального генератора плазмы. Свое исследование они основывали на теории, которую в 1947 году сформулировал советский физик Лев Ландау. Он обнаружил, что благодаря взаимодействию между электромагнитными волнами и разнородным набором заряженных частиц внутри облака плазмы те электроны, которые изначально двигались медленнее самой волны, будут разгоняться. Источником подобных колебаний в атмосфере Земли могут быть так называемые альвеновские волны. Так ученые называют низкочастотные электромагнитные колебания, которые возникают в ионосфере в результате взаимодействия с магнитным полем планеты.
Руководствуясь подобными соображениями, профессор Университета штата Айова Крейг Клетцинг и его коллеги воссоздали условия низкой околоземной орбиты и верхних слоев ионосферы над полюсами и проследили за взаимодействиями альвеновских волн и электронов высоких энергий.
Оказалось, что около 0,1% электронов действительно резко ускорилась в результате взаимодействий с альвеновскими волнами, которые предсказывает теория Ландау. Этого ускорения, по словам ученых, должно хватать, чтобы электроны могли проникнуть в нижние слои ионосферы и столкнуться там с атомами и молекулами азота и кислорода.
Физики надеются, что дальнейшие опыты помогут им детально изучить, как именно электроны ускоряются. Благодаря этому можно будет узнать другие механизмы возникновения и исчезновения полярных сияниц. Это, в свою очередь, позволит ученым лучше понимать результаты измерений космических зондов, которые изучают свойства радиационных поясов и магнитного поля Земли.
Читать подробнее: Nature Communications
Источник: ТАСС