Магнитное пересоединение, разрыв и резкое повторное соединение силовых линий магнитного поля в плазме - состоянии вещества, состоящем из свободных электронов и атомных ядер - происходит по всей Вселенной и может вызывать космические бури, которые нарушают работу сотовой связи и выбивают из строя вне электросетей. Теперь ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE) и других лабораторий, используя данные четырехспутниковой миссии НАСА, изучающей повторное соединение, разработали метод определения источника волн, который помогает спутникам определять их расположение в пространстве.
Группа исследователей во главе с физиком PPPL Чонсу Ю сопоставила измерения магнитного поля, сделанные миссией Magnetospheric Multiscale (MMS), которая вращается на краю магнитного поля, окружающего Землю. Выводы определили источник распространения «свистящих волн» - волн со свистящими звуками, которые падают от высокого к низкому и возникают в результате повторного соединения - обнаружение которых ориентирует спутники относительно активности повторного соединения, которая может повлиять на Землю.
Исследование, о котором сообщается в Geophysical Research Letters, знаменует собой разработку «новой методологии измерения того, как волна распространяется при воссоединении», - сказал Ю, ведущий автор статьи. Источником, по его словам, являются так называемые «хвостовые электроны» - частицы с энергией, намного превышающей энергию объемных электронов при повторном соединении силовых линий. Такие электроны являются «анизотропными по температуре», что означает, что их температура не однородна, а различается при измерении в разных направлениях.
"Мы доказываем, что у вас не может быть свистящих волн без активной Х-линии" - центральной области пересоединения - "таким образом, свистящие волны указывают на то, что пересоединение близко", - сказал Ю.
Он начал исследовать источник волн после того, как заметил удивительное сходство между активностью волн, обнаруженных MMS, и волнами, полученными в эксперименте по магнитному воссоединению (MRX) в PPPL. Сходство указывало на то, что физические процессы были одинаковыми как в лаборатории, так и в космосе, и привело к поиску причины. В исследовательскую группу PPPL входили ученые из Колумбийского университета, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
В дальнейшем команда планирует исследовать развитие свистовых волн вблизи области диффузии электронов, узкой области в магнитосфере и лабораторных экспериментов, в которых электроны отделяются от силовых линий до повторного соединения. Результаты могут оказаться актуальными для миссии MMS, цели которой включают в себя раскрытие роли, которую электроны играют в содействии воссоединению. Поддержку этой работе оказало Управление науки Министерства энергетики США (FES) НАСА и Национальный научный фонд.