Дождь электронов, скачущих через магнитосферу Земли, широко известный как северное сияние, впервые непосредственно наблюдала международная группа ученых. Хотя причина этих красочных полярных сияний уже давно была выдвинута гипотезой, исследователи никогда не наблюдали непосредственно лежащий в основе механизм до сих пор..
Учёные опубликовали свои результаты сегодня в Nature.
Зрелище этих субатомных ливней легендарно. Зеленый, красный и фиолетовый вальсируют в ночном небе, смешиваясь друг с другом в фантастическом шоу, которое многие считают одним из величайших чудес света. Среди множества полярных сияний пульсирующие пятна полярных сияний, появляющиеся на рассвете, обычны, но физические механизмы, вызывающие эту пульсацию полярных сияний, до сих пор не были проверены наблюдениями.
С появлением нового спутника с передовыми измерительными приборами исследователи определили, что это чудо вызвано трудно обнаруживаемым взаимодействием между электронами и плазменными волнами. Это взаимодействие происходит в магнитосфере Земли, в окружающей Землю области, в которой поведение электрических частиц обычно определяется магнитным полем планеты.
«Авроральные суббури… вызваны глобальной реконфигурацией в магнитосфере, которая высвобождает накопленную энергию солнечного ветра», - пишет Сатоши Касахара, доцент кафедры наук о Земле и планетах Высшей школы наук Университета. Токио в Японии, ведущий автор статьи. «Они характеризуются усилением полярного сияния от заката до полуночи, за которым следуют резкие движения отдельных дуг полярного сияния, которые в конечном итоге распадаются и появляются на рассвете в виде диффузных пульсирующих пятен полярного сияния."
Глобальная реконфигурация часто приводит к тому, что особый тип плазменных волн, называемых хорусными волнами, вызывает поток электронов в верхние слои атмосферы. Это стабилизирует систему и испускает разноцветный свет, когда электроны падают. Однако ученые задаются вопросом, были ли волны хоруса достаточно мощными, чтобы возбуждать электроны до такой степени, что создавалось полярное сияние.
«Мы впервые непосредственно наблюдали рассеяние электронов хоровыми волнами, порождающими осаждение частиц в атмосфере Земли», - говорит Касахара. «Поток высыпающихся электронов был достаточно интенсивным, чтобы генерировать пульсирующее полярное сияние».
Ученые не могли видеть это прямое свидетельство рассеяния электронов раньше, потому что обычные датчики электронов не могут отличить высыпающиеся электроны от других. Касахара и его команда разработали специализированный датчик электронов, который наблюдал за точным взаимодействием авроральных электронов, управляемых хоровыми волнами. Датчик находился на борту спутника «Исследование энергии и излучения в геопространстве» (ERG), также известного как космический корабль «Арасэ», запущенного Японским агентством аэрокосмических исследований..
Учёные планируют продолжить это направление исследований. В совместную группу входят не только исследователи из Токийского университета, но и Университета Нагоя, Университета Осаки, Института космических и астронавтических наук, Университета Канадзавы и Университета Тохоку в Японии; Академический институт астрономии и астрофизики Синика на Тайване; и Калифорнийский университет в Беркли и Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе в США
«После более всестороннего анализа данных, собранных космическим кораблем ERG, мы выясним изменчивость и дополнительные детали физики плазмы и возникающих в результате атмосферных явлений, таких как полярные сияния», - говорит Касахара.