Когда солнечный ветер ударяет в магнитосферу Земли, наступает удивительная тишина

Это новое открытие, основанное на исследованиях, проведенных имперскими учеными, улучшает наше понимание условий вокруг Земли, которые способствуют «космической погоде», которая может повлиять на наши технологии — от спутников связи на орбите до линий электропередач на земле.

Граница магнитного пузыря Земли (синий) образует, казалось бы, стоячую волну на большей части его фронта. Предоставлено: Имперский колледж Лондона.

Солнце испускает поток заряженных частиц, называемый солнечным ветром. На поверхности Земли мы защищены от этого удара магнитосферой — пузырем, созданным магнитным полем Земли.

Когда солнечный ветер попадает в магнитосферу, волны энергии передаются по границе между ними. Ученые думали, что волны должны колебаться в направлении солнечного ветра, но новое исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications, показывает, что некоторые волны делают прямо противоположное.

Стоячие волны

Ранее ведущий исследователь доктор Мартин Арчер из отдела физики Imperial и его коллеги установили, что граница магнитосферы вибрирует, как барабан. Когда подобный барабанной палочке импульс солнечного ветра ударяется в самый фронт нашего магнитосферного пузыря, волны устремляются к магнитным полюсам Земли и отражаются обратно.

В последней работе рассматриваются волны, которые формируются по всей поверхности магнитосферы, с использованием комбинации моделей и наблюдений со спутников НАСА THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms).

Исследователи обнаружили, что когда импульсы солнечного ветра попадают в магнитосферу, образующиеся волны не только бегают вперед и назад вдоль силовых линий Земли, но также распространяются против солнечного ветра.

Команда использовала модели, чтобы проиллюстрировать, как энергия ветра, идущего от Солнца, и энергия волн, идущих против него, могут нейтрализовать друг друга, создавая «стоячие волны», которые требуют большого количества энергии, но, кажется, никуда не денутся.

Доктор Арчер сказал: «Это похоже на то, что происходит, если вы пытаетесь подняться по эскалатору вниз. Будет выглядеть так, как будто вы совсем не двигаетесь, даже если вы прилагаете много усилий ».

Эти стоячие волны могут сохраняться дольше, чем те, которые распространяются с солнечным ветром. Это означает, что они существуют дольше, чтобы ускорять частицы в околоземном пространстве, что приводит к потенциальным ударам в таких регионах, как радиационные пояса Земли, полярные сияния или ионосфера.

Исследователи также говорят, что стоячие волны могут возникать где-нибудь во Вселенной, от магнитосфер других планет до периферии черных дыр.

Волны звука

Исследователи также преобразовали электромагнитные сигналы со спутников THEMIS в аудио, что позволило нам слышать звуки волн, проходящих через границу магнитосферы.

Доктор Арчер добавил: «В то время как в моделировании мы можем видеть, что происходит повсюду, спутники могут измерять эти волны только там, где они дают нам только временные ряды, извивающиеся линии. Данные такого рода на самом деле лучше подходят для нашего слуха, чем для зрения, поэтому прослушивание данных часто может дать нам более интуитивное представление о том, что происходит.

«Вы можете слышать звук глубокого дыхания стоячих поверхностных волн, который сохраняется повсюду, увеличиваясь в объеме с каждым импульсом. Более высокие звуки, связанные с другими типами волн, длятся не так долго ».