Выяснено происхождение магнитогидродинамических волн вблизи Земли
Данные с космического аппарата Cluster, изучающего магнитосферу Земли, помогли выяснить происхождение плазменных магнитогидродинамических волн, которые в изобилии существуют вблизи Земли.
Сегодня, наверно, все уже знают, что Солнце — это источник не только тепла и света, но и опасного солнечного ветра: потоков высокоэнергетических заряженных частиц, губительных для всего живого (см. нашу недавнюю новость Космическое излучение — непреодолимый барьер на пути космических полетов). Впрочем, нам, землянам, повезло: Земля обладает достаточно сильным магнитным полем, которое «расталкивает» солнечный ветер и не позволяет потокам солнечной плазмы «поджаривать» земную поверхность. (Подробности читайте в статье Магнитосферы планет из маленькой энциклопедии Физика космоса.)
Этот магнитный щит Земли, однако, живет своей динамичной жизнью. Его колебания отражаются и на радиоаппаратуре, и на здоровье многих людей: предупреждения о магнитных бурях стали уже стандартным пунктом в прогнозах погоды. Из-за такой важности «космической погоды» уже давно ведется мониторинг состояния земной магнитосферы прямо на месте, в космосе. В настоящее время на орбите вокруг Земли кружат четыре аппарата миссии Cluster, запущенные в 2000 году Европейским космическим агентством. Разумеется, данные, получаемые с этих аппаратов, столь подробны и интересны, что кроме непосредственно контроля состояния магнитосферы они позволяют проводить и научные исследования.
|
Одно из главных научных достижений этой программы — первое в мире наблюдение явления пересоединения силовых линий магнитного поля в космосе (читайте подробный рассказ об этом наблюдении на сайте миссии). Линии магнитного поля тянутся в межпланетном пространстве не сами по себе, а вместе с межпланетной плазмой. Собственно, мощные выбросы солнечной плазмы (с вмороженным в нее магнитным полем) — протуберанцы — потому и не попадают на Землю, что натыкаются на ее «магнитный щит». Линии магнитного поля Земли как бы не пускают «чужеродное» магнитное поле внутрь. Однако иногда в результате встречи двух разных линий магнитного поля может произойти «обмен хвостами», изображенный на рисунке. (О пересоединении магнитных линий вообще и их роли во время вспышек на Солнце см. статью Вспышки на Солнце из маленькой энциклопедии Физика космоса и более свежую научно-популярную статью Физика солнечных вспышек из журнала «Земля и Вселенная».)
Такое пересоединение линий важно для космической погоды Земли, поскольку оно локально нарушает стабильность магнитного барьера, позволяет веществу Солнца проникнуть ближе к Земле. Однако этим все не исчерпывается: как утверждается в недавней статье C. C. Chanston et al, Physical Review Letters, 95, 065002 (4 August 2005), такое пересоединение порождает определенный тип плазменных волн, называемый альвеновскими волнами. Эти волны уже наблюдались в окрестности Земли. Более того, совсем недавно было выяснено, что именно они могут играть важную роль источника энергии, подпитывающего такое красивое явление как полярное сияние. Однако до сих пор не было известно, откуда они берутся в таком большом количестве вблизи Земли.
Статья интернациональной группы ученых дала ответ на этот вопрос. В статье приводятся подробные данные, переданные с аппарата Cluster 3, когда 18 марта 2002 года он прошел как раз сквозь участок магнитосферы, испытывавший пересоединение линий. Вычисления авторов показывают, что зарегистрированные аппаратом колебания магнитного поля очень похожи именно на альвеновские волны. Эти волны разбегались в разные стороны от места пересоединения линий, словно звук, который издает туго натянутая и лопнувшая струна. Вычисления подтверждают также и то, что альвеновские волны способны разгонять частицы вдоль основных силовых линий магнитного поля Земли, подпитывая тем самым полярные сияния.
Таким образом, экспериментально обнаружен еще один ключевой элемент в неспокойной жизни земного «магнитного кокона», который необходимо принимать во внимание при моделировании «космической погоды» Земли.
Игорь Иванов
