Асимметричные космические волны отображают давление на магнитном щите Земли

Фото из открытых источников

Магнитное поле Земли защищает нас от вредного космического излучения, включая солнечную радиацию, а также космические лучи, исходящие из-за пределов нашей Солнечной системы. К космическим лучам относятся, например, сверхновые звезды из дальнего космоса, поэтому магнитное поле принимает на себя большую часть солнечного излучения. Без нашего магнитного поля солнечный ветер медленно разрушал бы нашу атмосферу, делая жизнь на нашей маленькой голубой планете невозможной. Но где именно магнитное поле играет наиболее важную роль в фильтрации поступающего космического излучения?

Теперь группа исследователей из США и Финляндии, возможно, приблизилась на шаг к решению этой загадки, поскольку они обсуждают новые данные, свидетельствующие о том, что определенные регионы магнитного поля Земли испытывают большее напряжение от космической погоды по сравнению с другими регионами. Эти выводы были представлены в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, и потенциально могут помочь ученым не только лучше понять взаимодействие между космической погодой и магнитным полем Земли, но и магнитные поля на других планетах.

Для исследования ученые использовали ряд компьютерных моделей, чтобы смоделировать, как взаимодействие магнитного поля Земли и солнечного ветра приводит к давнему явлению, называемому неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца (НГГ), — волнообразным образованиям на границе магнитного поля при столкновении с ним солнечного ветра. Солнечный ветер состоит из высокоэнергетических частиц с Солнца и составляет основную часть энергии, от которой защищает нас наше магнитное поле. Основная мотивация этого исследования обусловлена постоянным стремлением понять космическую погоду и, в частности, разработать более совершенные модели прогнозирования космической погоды.

В итоге исследователи обнаружили, что волны KHI демонстрируют асимметричное, или незеркальное, поведение в определенных областях магнитного поля Земли. По сути, волновая активность не совпадает в северном и южном полушариях, что указывает на то, что магнитное поле испытывает разный уровень воздействия и взаимодействия с поступающим солнечным ветром. Исследователи отмечают, что это обусловлено несколькими причинами, включая то, находится ли планета на утренней или вечерней стороне, зимнее или летнее полушария, а также ориентацию магнитного поля. Например, исследователи обнаружили, что наиболее сильная волновая активность наблюдалась в зимнем полушарии, причем магнитное поле солнечного ветра определяло, на какой стороне — утренней или вечерней — наблюдается более сильная активность.

«Это открытие стало результатом длительного процесса осмысления увиденного», — сказала ведущий автор исследования Лаури Холаппа из Академии наук в Университете Оулу. «В 2020 году, когда я посещала НАСА в качестве постдокторанта, я заметила необычные симуляционные изображения магнитосферы. Позже я поняла, что они показывают волны Кельвина-Гельмгольца на краю магнитосферы, и что различное поведение волн на разных сторонах является частью одного и того же явления».

Изучение космической погоды, и в частности солнечного ветра, в последние десятилетия стало крайне важным для обеспечения безопасности спутников и наземных электронных станций. Однако ученые изучают космическую погоду еще с XVII века, когда Галилео Галилей использовал свой новый телескоп для наблюдения за солнечными пятнами. Тем не менее, только в 1843 году немецкий астроном Генрих Швабе открыл ныне хорошо известный 11-летний цикл солнечной активности. Эти теоретические исследования продолжались до начала космической эры в середине XX века, когда спутники стали использоваться для получения прямых измерений солнечного ветра, а термин «космическая погода» был введен примерно в 1990-х годах.