Магнитосфера формируется вокруг любого намагниченного объекта, такого как планета, погруженная в поток ионизированного газа, называемого плазмой. Поскольку Земля обладает собственным магнитным полем, планета окружена большой магнитосферой, которая простирается в космос, блокирует смертоносные космические лучи и частицы от Солнца и звезд и позволяет существовать самой жизни.
В публикации Physics of Plasmas, опубликованной AIP Publishing, ученые из Принстона, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, и Instituto Superior Técnico, Португалия, сообщают о методе исследования магнитосфер меньшего размера, иногда толщиной всего в несколько миллиметров, в лаборатории.
Эти мини-магнитосферы наблюдались вокруг комет и вблизи некоторых областей Луны и были предложены для приведения в движение космических кораблей. Это хорошие полигоны для изучения магнитосфер размером с планету.
Предыдущие лабораторные эксперименты проводились с использованием плазменных аэродинамических труб или высокоэнергетических лазеров для создания мини-магнитосфер. Однако эти более ранние эксперименты были ограничены одномерными измерениями магнитных полей, которые не охватывают все трехмерное поведение, которое необходимо понять ученым.
«Чтобы преодолеть эти ограничения, мы разработали новую экспериментальную платформу для изучения мини-магнитосфер на большом плазменном устройстве (LAPD) в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе», - сказал автор статьи Дерек Шеффер.
Эта платформа сочетает в себе магнитное поле LAPD с быстрой лазерной плазмой и дипольным магнитом, управляемым током.
Магнитное поле LAPD обеспечивает модель межпланетного магнитного поля Солнечной системы, в то время как управляемая лазером плазма моделирует солнечный ветер, а дипольный магнит обеспечивает модель собственного магнитного поля Земли. Моторизованные зонды позволяют сканировать систему в трех измерениях, объединяя данные десятков тысяч лазерных импульсов.
Одно из преимуществ использования этой установки заключается в том, что магнитное поле и другие параметры можно тщательно изменять и контролировать.
Если дипольный магнит выключается, все признаки магнитосферы исчезают. При включении магнитного поля диполя можно обнаружить магнитопаузу, что является ключевым свидетельством образования магнитосферы.
Магнитопауза - это место в магнитосфере, где давление планетарного магнитного поля точно уравновешивается солнечным ветром. Эксперименты показали, что по мере увеличения магнитного поля диполя магнитопауза становится больше и сильнее.
Влияние на магнитопаузу было предсказано с помощью компьютерного моделирования, которое было проведено исследователями для более полного понимания и подтверждения своих экспериментальных результатов. Эти симуляции также послужат ориентиром для будущих экспериментов, включая исследования с использованием катода, недавно установленного на LAPD.
«Новый катод обеспечит более быстрые потоки плазмы, что, в свою очередь, позволит нам изучать ударные волны, наблюдаемые вокруг многих планет», - сказал Шеффер.
Другие эксперименты будут изучать магнитное пересоединение, важный процесс в магнитосфере Земли, при котором магнитные поля аннигилируют, высвобождая огромную энергию.