Человечество провело тысячелетия в благоговении перед прекрасным северным сиянием в ночном небе. И хотя мы какое-то время оставались в неведении относительно того, что их вызывает, физики наконец выяснили, как именно работает это явление.
Согласно новой статье, опубликованной в научном журнале Nature Communications, все начинается с солнца. В частности, когда сильные возмущения на Солнце дергают магнитное поле Земли. Сильные возмущения, такие как массивные геомагнитные бури, не редкость, и последствия этих событий могут распространяться за пределы Солнца на всю остальную часть нашей Солнечной системы. И для нас здесь, на Земле, мы обычно видим это в виде полярных сияний.
Эти сильные возмущения тянут магнитное поле нашей планеты подобно резиновой ленте. По мере того, как поле возвращается назад, возникает отдача, которая вызывает волнистую рябь, называемую альфвеновскими волнами, которая возникает примерно на высоте 80 000 миль над землей. Волны ускоряются по мере приближения к Земле благодаря магнитному притяжению планеты. Иногда электроны поднимаются на этих альфвеновских волнах, достигая скорости до 45 миллионов миль в час при движении в космосе.
Джордж Хоус, адъюнкт-профессор физики и астрономии Университета Айовы, сказал: «Было своего рода предположение, что именно здесь происходит обмен энергией. Но никто так и не смог убедительно продемонстрировать, что альфвеновские волны действительно ускоряют эти электроны при соответствующих условиях, существующих в космосе над полярным сиянием».
Simon’s passion 4 Travel/Shutterstock.com
«Подумайте о серфинге, — сказал Джим Шредер, доцент физики в Уитон-колледже, и ведущий автор статьи заявил, — чтобы заниматься серфингом, вам нужно грести до нужной скорости, чтобы океанская волна подхватила вас и ускорила. и мы обнаружили, что электроны плыли. Если бы они двигались с правильной скоростью относительно волны, их бы подхватили и ускорили».
Когда эти электроны в конечном итоге достигают тонких верхних слоев атмосферы Земли, они сталкиваются с молекулами кислорода и азота. Это приводит их в возбужденное состояние, но когда они успокаиваются, они испускают свет — то есть полярное сияние.
Остин Монтелиус/Колледж свободных искусств и наук Университета Айовы
«На самом деле никто никогда раньше не измерял это между электронами и альфвеновскими волнами», — сказал Шредер. Ученые были в восторге от того, что наконец-то смогли провести эксперимент, который мог должным образом проверить их догадку об альфвеновских волнах, ускоряющих электроны.
Обычно такой эксперимент необходимо проводить в среде, максимально приближенной к реальной; однако по очевидным причинам ученые не могут снова проверять что-то в космосе, контролировать солнечные события или учитывать другие факторы в нашей Солнечной системе. Вместо этого исследователи использовали большое плазменное устройство в Базовом научном центре плазмы, расположенном в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, чтобы воссоздать взаимодействие.
Исследователи полагают, что полученные результаты, вероятно, помогут лучше понять, как частицы получают энергию и как такие солнечные события влияют на Землю и область вокруг нее (включая наши многочисленные спутники).
через NPR