История полярного сияния стала шире: раскрыты магнитосферные механизмы
Критический ингредиент для полярных сияний существует гораздо выше в космосе, чем считалось ранее, 8 марта сообщается в журнале Scientific Reports.
История образования полярных сияний начинается со сверхзвуковой плазмы, выброшенной из солнца в космос в виде высокоскоростных заряженных частиц. Когда эти заряженные частицы приближаются к Земле, они отклоняются и направляются потоками вдоль линий магнитного поля планеты, в конечном итоге устремляясь к полюсам.
«Большинство электронов в магнитосфере не достигают той части верхней атмосферы, которая называется ионосферой, потому что они отталкиваются магнитным полем Земли», -объясняет Шун Имаджо из Института космических и земных экологических исследований Нагойского университета, первый автор исследования.
Но некоторые частицы получают заряд энергии, ускоряя их в верхние слои атмосферы Земли, где они сталкиваются с атомами кислорода и азота и возбуждают их на высоте около 100 километров. Когда эти атомы выходят из состояния возбуждения, они излучают полярные сияния. Тем не менее, многие детали этого процесса остаются загадкой.
«Мы не знаем всех деталей того, как генерируется электрическое поле, которое ускоряет электроны в ионосферу, или даже как высоко оно находится над Землей», — говорит Имаджо.
Ученые предполагали, что ускорение электронов происходит на высотах от 1000 до 20 000 километров над Землей. Это новое исследование показало, что область ускорения простирается за пределы 30 000 километров.
«Наше исследование показывает, что электрическое поле, ускоряющее авроральные частицы, может существовать на любой высоте вдоль линии магнитного поля и не ограничивается переходной областью между ионосферой и магнитосферой на расстоянии нескольких тысяч километров», — говорит Имаджо. — Это наводит на мысль, что действуют неизвестные магнитосферные механизмы.»
Команда пришла к этому выводу, изучив данные наземных тепловизоров в США и Канаде и электронного детектора на японском спутнике Arase, изучающем радиационный пояс во внутренней магнитосфере Земли.
Данные были взяты с 15 сентября 2017 года, когда Арасе находился на высоте около 30 000 километров и в течение нескольких минут находился в пределах тонкой активной полярной дуги. Команда смогла измерить восходящие и нисходящие движения электронов и протонов, в конечном итоге обнаружив область ускорения электронов, начинающуюся над спутником и простирающуюся под ним.
Для дальнейшего изучения этой так называемой области очень высотного ускорения команда далее стремится проанализировать данные нескольких событий полярного сияния, сравнить высотные и низковысотные наблюдения и провести численное моделирование электрического потенциала.
«Понимание того, как формируется это электрическое поле, заполнит пробелы в понимании излучения полярных сияний и переноса электронов на Земле и других планетах, включая Юпитер и Сатурн», — говорит Имаджо.
