Переключиться на мобильную версию

Физики впервые подтвердили загадочные волны, вызывающие полярные сияния

Одно из самых потрясающе красивых зрелищ, которые можно увидеть в нашем небе, - это танцующее сияние полярных сияний. Тем не менее, это удивительное явление до сих пор полностью не изучено.
Полярное сияние
Полярное сияние
CC0 Public Domain

Мы знаем, что полярное сияние производится частицами, вылетающими из солнечных бурь, ускоряющимися вдоль силовых линий магнитного поля Земли в более высокие широты, где они падают в верхние слои атмосферы. Там взаимодействие с частицами в атмосфере порождает световые завесы, которые мерцают по небу.

Читай также: Найдена разница между северным и южным полярными сияниями

Теперь ученые впервые продемонстрировали и подтвердили механизм ускорения частиц - воспроизведя этот процесс в лаборатории. Как и предполагали ученые, мощные электромагнитные волны, известные как волны Альвена, ускоряют электроны вдоль силовых линий магнитного поля.

"Идея о том, что эти волны могут возбуждать электроны, создающие полярное сияние, возникла более четырех десятилетий назад, но это первый раз, когда мы смогли окончательно подтвердить, что это работает", - сказал физик Крейг Клетцинг из Университета Айовы.

"Эти эксперименты позволяют нам провести ключевые измерения, которые показывают, что космические измерения и теория действительно объясняют основной способ создания полярных сияний".

Мы давно знаем об альфвеновских волнах. Впервые они были описаны шведским инженером-электриком Ханнесом Альфвеном в 1942 году - поперечные волны в электрической жидкости, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Такие волны являются важным механизмом переноса энергии и импульса в магнитогидродинамических системах; то есть они могут ускорять частицы.

Читай также: Физики впервые увидели движение атома в кристалле

Альфвеновские волны наблюдались в силовых линиях магнитного поля Земли, а космические аппараты даже наблюдали направленные на Землю альфвеновские волны над полярными сияниями. Это широко признано, что Альвеновские волны играют роль в авроральном ускорении электронов - но определить точную роль было несколько сложнее.

Поэтому группа ученых во главе с физиком Джимом Шредером из Уитон-колледжа использовала Большое плазменное устройство ( LAPD ) в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, чтобы ближе познакомиться с этим явлением. Это цилиндрическая вакуумная камера длиной 20 метров и диаметром 1 метр с мощным магнитным полем.

"Этот сложный эксперимент требовал измерения очень маленькой популяции электронов, движущихся по камере LAPD почти с той же скоростью, что и альфвеновские волны, составляющих менее одного из тысячи электронов в плазме", - сказал физик Трой Картер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. .

Команда генерировала альфвеновские волны в плазме в LAPD и одновременно измеряла распределение электронов по скоростям в условиях, соответствующих формированию полярных сияний. Они обнаружили, что альфвеновские волны передают энергию электронам в резонансе с волнами - скорость, аналогичная фазовой скорости волн.

"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 физик Грег Хоус из Университета Айовы. .

Читай также: Физики нагрели воду до рекордной температуры

Этот процесс известен как затухание Ландау, потому что передача энергии от волны к частице ослабляет волну, что, в свою очередь, предотвращает возникновение нестабильности. Согласно анализу группы, сигнатура, создаваемая скоростью электронов, была известной сигнатурой для затухания Ландау, указывая на то, что произошло резонансное ускорение.

Затем, сравнив свои результаты с модельным полярным сиянием, команда смогла продемонстрировать, что скорость возбуждения электронов соответствует затуханию Ландау в реальных условиях.

"Согласие скорости возбуждения электрона между экспериментом и моделью полярных сияний, - писали исследователи, - устанавливает окончательную связь, необходимую, чтобы показать, что мы предоставили прямое экспериментальное подтверждение того, что альфвеновские волны могут ускорять электроны, которые осаждаются в ионосфере и генерируют завораживающее сияние северного сияния".

Напомним, ранее сообщалось, что впервые над Северным полюсом обнаружен космический ураган.

Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.

 
Комментариев (0)
Оставляя комментарий, пожалуйста, помните о том, что содержание и тон Вашего сообщения могут задеть чувства реальных людей, непосредственно или косвенно имеющих отношение к данной новости. Пользователи, которые нарушают эти правила грубо или систематически, будут заблокированы.
Полная версия правил
Осталось 300 символов
Реклама
Мы в соцсетях
Реклама
Реклама
Для удобства пользования сайтом используются Cookies. Подробнее здесь