Загадочное происхождение северного сияния окончательно раскрыто

Наконец-то разгадана великая тайна северного сияния

Группа физиков из Университета Айовы наконец доказала, что «самые яркие полярные сияния создаются мощными электромагнитными волнами во время геомагнитных бурь,»Согласно недавно опубликованному исследованию.

Исследование показывает, что эти явления, также известные как волны Альфвена, ускоряют электроны к Земле, заставляя частицы производить световое шоу, известное как северное сияние.

«Измерения показали, что эта небольшая популяция электронов подвергается «резонансному ускорению» электрическим полем альфвеновской волны, подобно тому, как серфер ловит волну и постоянно ускоряется, когда серфер движется вместе с волной.— сказал Грег Хоуз.

Идея «серфинга» электронов по электрическому полю — теория, впервые представленная в 1946 году российским физиком Львом Ландау и получившая название затухания Ландау. Его теория теперь доказана.

Воссоздавая северное сияние

Ученые десятилетиями понимали, как, скорее всего, создается полярное сияние. но теперь они впервые смогли смоделировать это в лаборатории Большого плазменного устройства (LPD) в Лаборатории фундаментальных исследований плазмы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Ученые использовали камеру длиной 20 метров, чтобы воссоздать магнитное поле Земли с помощью мощных катушек магнитного поля на LPD Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Внутри камеры ученые создали плазму, похожую на то, что существует в космосе около Земли.

«Используя специально разработанную антенну, мы запустили альфвеновские волны вниз по машине, что очень похоже на быстрое встряхивание садового шланга вверх и вниз и наблюдение за волной, перемещающейся по шлангу— сказал Хоуз.

Когда они начали ощущать «серфинг» электронов по волне, они использовали другой специализированный инструмент, чтобы измерить, как эти электроны получают энергию от волны.

Хотя эксперимент не воссоздал красочное мерцание, которое мы видим в небе, «наши измерения в лаборатории четко согласовывались с предсказаниями компьютерного моделирования и математических расчетов, доказывая, что электроны, перемещающиеся по альвеновским волнам, могут ускорять электроны (до скорости 45 миллионов миль в час), вызывающие полярное сияние,— сказал Хоуз.

«Эти эксперименты позволяют нам провести ключевые измерения, которые показывают, что космические измерения и теория действительно объясняют основной способ создания полярных сияний.— сказал соавтор исследования Крейг Клетцинг.

Космические ученые по всей стране были в восторге от этой новости. «Я был невероятно взволнован! Очень редко можно увидеть лабораторный эксперимент, подтверждающий теорию или модель, касающуюся космической среды,— сказал Патрик Кон, ученый из отдела гелиофизики НАСА. «Пространство слишком велико, чтобы его можно было легко смоделировать в лаборатории.”

Коэн сказал, что, по его мнению, способность понять механизм ускорения электронов, вызывающих полярное сияние, будет полезна во многих исследованиях в будущем.

«Это действительно помогает нам лучше понять космическую погоду! Механизм ускорения электронов, проверенный в рамках этого проекта, работает в других частях Солнечной системы, поэтому он найдет множество применений в космической физике. Он также будет полезен для прогнозирования космической погоды, в чем очень заинтересовано НАСА.— сказал Коэн.

Еще долгий путь, чтобы предсказать силу штормов

Теперь, когда теория создания сияющего полярного сияния доказана, Предсказать, насколько сильным будет каждый шторм, предстоит еще долгий путь.

«Предсказать, насколько сильной будет конкретная геомагнитная буря, на основе наблюдений за Солнцем и измерений с космического корабля между Землей и Солнцем, остается нерешенной задачей.”Сказал Хоуз в электронном письме.

«Мы установили связь электронов, перемещающихся по альфвеновским волнам на высоте около 10 000 миль над поверхностью Земли, и теперь мы должны научиться предсказывать силу этих альфвеновских волн с помощью наблюдений с космических аппаратов.» добавил он.

Потрясающие! Теперь мы знаем, как каскад ускоряющихся электронов порождает это удивительное северное сияние.