Открыт неизвестный механизм ускорения частиц в магнитном хвосте Земли

В хвосте магнитосферы обнаружен каскадный процесс ускорения плазмы, создающий мощные локальные всплески энергии. Эти микроускорители меняют динамику космической погоды и влияют на работу спутников и систем связи.

Схема магнитной конфигурации: пунктирная черная линия — траектория спутников MMS, оранжевые стрелки — направления взрывных потоков, красные стрелки — продольные электронные пучки, розовые линии — электронные ударные волны, фиолетовые пунктирные линии — первичные сепаратрисы, фиолетовые сплошные линии — вторичные сепаратрисы. Земля показана слева

Источник: Springer Nature

Нашу планету окружает невидимый щит — магнитосфера. Она защищает жизнь на Земле от потока заряженных частиц, непрерывно летящих от Солнца. Под давлением солнечного ветра магнитосфера вытягивается с ночной стороны планеты в длинный шлейф, похожий на хвост кометы. В этом «магнитном хвосте» накапливается колоссальная энергия, которая время от времени высвобождается в процессе, известном как магнитное перезамыкание. Его можно представить как короткое замыкание в невидимых проводах: линии магнитного поля разрываются и соединяются заново, выбрасывая в пространство мощные порции энергии. Этот механизм разгоняет плазму до огромных скоростей, вызывает сияния и геомагнитные бури. Долгое время считалось, что все это происходит лишь в одной локальной зоне.

Международная команда из ИКИ РАН, МФТИ и Бэйханского университета обнаружила в турбулентных потоках плазмы неожиданные энергетические «микроускорители», которые порождают мощные электростатические волны с амплитудой до 100 мВ/м, которые не только регистрируются приборами, но и активно перераспределяют энергию между частицами.

Новые наблюдения показали, что магнитосфера Земли перераспределяет энергию через каскадный механизм

Источник: Unsplash

Это похоже на реку, которая, удалившись от гигантского водопада, начинает создавать собственные бурные каскады. Так и плазменные потоки несут внутри себя зоны каскадного ускорения — своеобразные вторичные «перезамыкания», запускающие цепочку новых ускорителей. Электростатические волны играют роль посредников: они отбирают энергию у быстрых электронов и передают ее холодной плазме, поддерживая баланс всей системы.

Результаты показали, что энергия в космосе не рассеивается равномерно, а превращается в серию локальных всплесков. Такой каскадный механизм уточняет наши модели космической погоды, от которой зависит надежность спутников, систем навигации и безопасность пилотируемых полетов. Более того, эти закономерности универсальны: они действуют и в атмосфере Солнца, и возле черных дыр, и в установках для управляемого термоядерного синтеза.

Космос продолжает удивлять: даже рядом с Землей энергия ведет себя как в гигантской лаборатории, раскрывая фундаментальные законы, управляющие почти всей видимой Вселенной.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, почему Земля круглая: доказательства, которые не смогут оспорить скептики.