Аппараты Magnetospheric Multiscale spacecraft выявили новые магнитные процессы в турбулентном пространстве вокруг Земли

После того, как человечество шагнуло в космос, мы уже привыкли к тому, что в непосредственной близости от Земли невозможно найти что-то интересное. Но это не совсем так. Оказывается, пространство вокруг нашей планеты полно тайн и скрытых процессов. В новом открытии, о котором сообщается в журнале Nature, учёные с помощью миссии Magnetospheric Multiscale spacecraft (MMS) выявили новый тип магнитного события, происходящего в пределах околоземной среды. Это сделать удалось благодаря применению инновационного метода, способного получить дополнительную информацию из уже обработанных данных.

Магнитное пересоединение — один из самых важных процессов в космическом околоземном пространстве, которое заполнено заряженными частицами, известными под общим названием плазма. Этот фундаментальный процесс рассеивает магнитную энергию и ускоряет заряженные частицы, оба этих явления вносят определённый вклад в динамическую систему космической погоды, которые и хотят лучше понять учёные, а в будущем — и предсказать. Явление пересоединения возникает, когда пересекаются линии магнитного поля, в результате чего все ближайшие к месту пересечения частицы выбрасываются в стороны на высоких скоростях. Согласно новому исследованию, явление магнитного пересоединения может возникать даже там, где не замечалось раньше — в бурной плазме.

«Во вселенной из плазмы существуют два важных явления: магнитное пересоединение и турбулентность. Наше открытие соединяет эти два процесса», — Тай Пхань, старший научный сотрудник в Калифорнийском университете и ведущий автор статьи.

Магнитное пересоединение наблюдалось бесчисленное число раз в магнитосфере — магнитной среде вокруг Земли, но это происходило обычно при спокойных условиях. Новое событие имело место в области, называемой магнитной оболочкой, недалеко от внешней границы магнитосферы, в которой солнечный ветер ведёт себя чрезвычайно бурно. Раньше учёные и не могли даже подумать о том, что в этой области может возникать магнитное пересоединение, поскольку плазма там очень хаотична. А аппараты MMS выяснили, что всё полностью наоборот: магнитное пересоединения в этой области также возникает, но только в намного меньшем масштабе, чем могли наблюдать космические аппараты прошлого поколения.

В миссии MMS участвуют четыре идентичных космических аппарата, которые летят в космическом пространстве, расположившись по углам воображаемой пирамиды. Такая формация необходима для того, чтобы изучить магнитное пересоединение вокруг Земли в трёх измерениях. Поскольку космические аппараты летят невероятно близко друг к другу — их среднее расстояние между собой составляет 7.2 километра, что уже является рекордом для любой миссии, состоящей из нескольких аппаратов — они в состоянии наблюдать такие явления, которые никто не видел прежде. Кроме того, инструменты MMS разработаны для того, чтобы успешно записывать данные на скоростях в сто раз больших, чем предыдущие миссии.

В турбулентной магнитной среде линии магнитного поля становятся спутанными. Поскольку из-за этого они могут пересекаться, возникают интенсивные электрические токи (показанные здесь как яркие области) формируют и, в конечном счете, вызывают магнитное пересоединение (обозначено вспышкой), которое является событием, сопоставимым с взрывом. Оно высвобождает магнитную энергию, накопленную в слоях тока, и изгоняет высокоскоростные двунаправленные джеты из электронов. Источник: NASA Goddard’s Conceptual Image Lab/Lisa Poje; Simulations by: University of Chicago/Colby Haggerty; University of Delaware/Tulasi Parashar

Но даже при том, что инструменты на борту MMS невероятно быстрые для своего поколения, их скорости ещё не достаточно, чтобы захватить бурное пересоединение в действие. Это требует наблюдения узких потоков быстро двигающихся частиц, которые раскидываются в стороны линиями пересоединяющегося поля. По сравнению со стандартным пересоединением, при котором протяжённые джеты из ионов выстреливают из места пересоединения, турбулентное пересоединение образует узкие джеты электронов шириной в несколько километров.

«Самым важным доказательством возникновения этого явления является фиксация противоположно направленных электронных джетов, одновременно с основным выбросом. Четырём космическим аппаратам MMS удалось обнаружить не только место повторного соединения, но и зафиксировать оба джета», — Джонатан Иствут, лектор в Имперском колледже, Лондон, соавтор статьи.

Чтобы провести такое наблюдение инженерам удалось значительно улучшить дизайн одного прибора под названием Fast Plasma Investigation и разработать метод интерполяции данных, позволяющий получать информацию между линиями джетов и собирать дополнительную информацию, чтобы решить сами джеты.

«Ключевое событие, которое легко в основу всей статьи, длится всего лишь 45 миллисекунд. Без модернизации прибора это была бы лишь одна точка данных. Но теперь, в дополнение к этому мы можем получить шесть-семь точек данных на этом же отрезке времени, что позволяет нам лучше понять то, что происходит», — Эми Рэджер, аспирант в Центре космических полётов имени Годдарда, специалист, разработавший данный метод анализа.

Благодаря этому новому методу обработки данных, учёные надеются, что смогут вновь проанализировать уже существующие наборы данных, чтобы выявить ещё больше потенциальных событий пересоединения, а может и сделать новые открытия.

Магнитное пересоединение происходит всюду во вселенной, именно поэтому, когда мы узнаём об этом явлении вокруг нашей планеты, где проще всего его выявить, мы могли бы применить эту информацию к другим процессам дальше во вселенной. Открытие пересоединения в турбулентной среде имеет последствия, например, для исследования Солнца. Наша звезда может помочь учёным понять роль магнитного пересоединения при нагревании необъяснимо горячей солнечной короны — внешней атмосферы Солнца — и ускорения сверхзвукового солнечного ветра. Для этого уже разрабатывается миссия Parker Solar Probe, которая отправится прямиком к Солнцу летом 2018 года.

По информации НАСА.

0

Автор публикации

не в сети 5 месяцев

Максим Коваленко

0
Комментарии: 0Публикации: 148Регистрация: 22-03-2018

Читайте также:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Авторизация
*
*
Войти с помощью: 
Регистрация
*
*
*
Войти с помощью: 
Генерация пароля