мамкин инженер · наука и техника
Анонсы в Telegram
Космос и авиация

Структуру полярных сияний могут создавать «отскакивающие» электроны

Исследователи показали, что некоторые мелкомасштабные структуры полярных сияний могут возникать из-за отскока электронов от низкочастотных плазменных волн Альфвена над ионосферой. Для этого они использовали оптические данные высокого разрешения, полученные прибором ASK на Шпицбергене, что позволило детально изучить изменения электрических полей в течение 25 секунд.

Полярное сияние — одно из самых зрелищных явлений природы. Оно возникает, когда заряженные частицы от Солнца направляются магнитным полем Земли в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с атомами и молекулами и создают отчётливо окрашенные светящиеся структуры, похожие на занавесы.

Хотя физика, лежащая в основе полярных сияний, изучена хорошо, некоторые мелкомасштабные особенности объяснить сложнее. Используя оптические данные высокого разрешения и простую математическую модель, исследователи Н. Бриндли и Д. Уайтер показали, что некоторые тонкие структуры полярных сияний могут возникать из-за «отскока» электронов от низкочастотных плазменных волн (волн Альфвена) над ионосферой. Их работа опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Полярное сияние создаёт для изучения плазмы и электромагнитных полей как трудности, так и возможности. Любая плазма сложна: электрически заряженные частицы, из которых она состоит, создают собственные поля и одновременно движутся под действием внешних полей. Однако движение полярного сияния позволяет оценить электрические поля.

Спутники, обращающиеся вокруг Земли, составили карты U-образных электрических потенциалов над авроральными дугами, но эти наблюдения ограничены, в частности потому, что большинство космических аппаратов находится над интересующей областью лишь короткое время. Чтобы разобраться в мелкомасштабных флуктуациях, авторы использовали излучение кислорода и азота в оптической и ближней инфракрасной областях спектра, измеренное наземным прибором Auroral Structure and Kinetics (ASK) во время его работы на Шпицбергене (Норвегия).

Прибор предоставил как пространственные, так и временные данные о том, как электрические поля менялись на протяжении 25 секунд. Этот промежуток был достаточно долгим, чтобы зафиксировать поведение, которое обычно ускользает от спутниковых исследований. Исследователи использовали два подхода к построению карт электрических полей, один из которых предполагал наличие U-образного потенциала. Результаты двух подходов в основном совпали, а расхождения между ними, как предположили исследователи, могут объясняться электронами, ускоренными в результате отскока от волн Альфвена над ионосферой.

По мнению авторов, метод наблюдения, основанный только на оптических данных и обладающий высоким пространственным и временным разрешением, открывает путь к пониманию полярных сияний на малых масштабах, а также других явлений космической погоды.

Эта статья переопубликована с разрешения Eos, издания Американского геофизического союза. Оригинал статьи можно прочитать здесь.

Источники

  1. Phys.org
  2. agupubs.onlinelibrary.wiley.com
  3. doi.org
  4. eos.org
Как вам новость? счётчики появятся, когда отреагирует больше читателей
мамкин инженер · новостиmamkin-engineer.ru