Люди провели тисячоліття в страху перед прекрасним полярним сяйвом у нічному небі. І хоча ми ще деякий час не знали, що їх викликає, фізики нарешті з’ясували, як саме працює це явище.
Згідно з новою статтею, опублікованою в науковому журналі Nature Communications, все починається з сонця. Зокрема, коли сильні збурення на Сонці тягнуть магнітне поле Землі. Сильні збурення, такі як масивні геомагнітні бурі, не є рідкістю, і наслідки цих подій можуть поширюватися за межі Сонця на всю решту нашої Сонячної системи. І для нас тут, на Землі, ми зазвичай бачимо це у вигляді полярних сяйв.
Ці сильні збурення стягують магнітне поле нашої планети, подібно до гумової стрічки. Коли поле повертається назад, виникає віддача, яка викликає хвилеподібні хвилі — так звані хвилі Альфвена — які виникають приблизно на 80 000 миль над землею. Завдяки магнітному притягуванню планети хвилі прискорюються, чим ближче наближаються до Землі. Іноді електрони піднімуть ці хвилі Альфвена, досягаючи швидкості до 45 мільйонів миль на годину, рухаючись у космосі.
Джордж Хоус, доцент фізики та астрономії Університету Айови, сказав: «Вважалося, що саме там відбувається обмін енергії. Але ніхто ніколи не придумав остаточної демонстрації того, що хвилі Альвена насправді прискорюють ці електрони за відповідних умов, які ви маєте в просторі над полярним сяйвом».
Simon’s passion 4 Travel/Shutterstock.com
«Подумайте про серфінг», — сказав Джим Шредер, асистент професора фізики коледжу Уітон, а провідний автор статті сказав: «Щоб займатися серфінгом, вам потрібно гребти до потрібної швидкості, щоб океанська хвиля підхопила вас і прискорила, і ми виявили, що електрони серфінгують. Якби вони рухалися з правильною швидкістю відносно хвилі, їх підхопили б і прискорили б».
Коли ці електрони в кінцевому підсумку досягають тонких верхніх шарів атмосфери Землі, вони стикаються з молекулами кисню та азоту. Це змушує їх перебувати в стані збудження, але коли вони заспокоюються, вони випускають світло — полярне сяйво.
Остін Монтеліус/Коледж вільних мистецтв і наук Університету Айови
«Ніхто ніколи раніше не вимірював цього між електронами та хвилями Альвена», — сказав Шредер. Вчені були в захваті від того, що нарешті змогли провести експеримент, який міг би належним чином перевірити їх уявлення про хвилі Альвена, що прискорюють електрони.
Зазвичай такий експеримент потрібно проводити в середовищі, максимально наближеному до реального; Проте зі зрозумілих причин вченим неможливо знову перевірити речі в космосі, контролювати сонячні події або врахувати інші фактори нашої Сонячної системи. Замість цього дослідники використали Великий плазмовий пристрій у Basic Plasma Science Facility, який розташований в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, щоб відтворити взаємодію.
Дослідники вважають, що результати, ймовірно, створять ширше розуміння того, як частинки живляться і як такі сонячні події впливають на Землю та територію навколо неї (включаючи наші численні супутники).
через NPR