В ИСЗФ СО РАН уточнили роль плазмосферы в колебаниях магнитного поля Земли
Анализ данных о колебаниях магнитного поля Земли, полученных японским орбитальным спутником Arase с 2017 по 2020 год, позволил ученым из Института солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН с коллегами из Японии изучить особенности различных состояний магнитосферы Земли, сообщает 31 октября сайт Десятилетия науки и технологий в России.
Идущий от Солнца к Земле поток ионизированных частиц, называемых солнечным ветром, как и спонтанные выбросы плазмы на Солнце, вызывает магнитные бури, приводящие к сбоям в работе аппаратуры связи, особенно у спутников.
Однако наша планета защищена от бомбардировки заряженными частицами естественным «щитом», которым является ее магнитосфера. Она представляет собой область вокруг Земли, верхняя граница которой находится примерно на высоте 60 тыс. км.
В пределах магнитосферы действует собственное магнитное поле планеты. Ионизированные частицы солнечного ветра отклоняются магнитосферой Земли от своей изначальной траектории, и большинство из них не долетает до земной поверхности.
Нижняя часть магнитосферы, до высоты около 25–30 тыс. км над землей, называется плазмосферой, так как в ней в десятки тысяч раз больше заряженных частиц — электронов, протонов, ионов гелия, кислорода и других, чем в остальных слоях магнитосферы. Она расположена над ионосферой.
Данные со спутника Arase позволили исследователям подробно изучить два состояния магнитосферы — когда Солнце «спокойно» и при магнитных бурях. При «спокойном» Солнце энергии заряженных частиц солнечного ветра недостаточно для заметного воздействия на магнитосферу — они ее обтекают, не попадая на поверхность Земли.
При этом в поверхностных слоях магнитосферы всё-таки возникают возмущения, которые вызывают вибрации в силовых линиях магнитного поля и плазме, возбуждая ультранизкочастотные волны.
Выбросы на Солнце создают солнечный ветер с заряженными частицами повышенной энергии. Проникая вглубь магнитосферы, они вызывают значительные ее возмущения, магнитные бури и большее количество ультранизкочастотных волн.
Одновременно поток заряженных частиц буквально «прижимает» плазмосферу к поверхности Земли — ее граница сдвигается на десятки тысяч километров вниз. Однако, как показали исследования, граница плазмосферы остается барьером для распространения ультранизкочастотных волн. То есть даже при сильной магнитной буре большинство волн, проникая вглубь магнитосферы, в плазмосферу проникнуть не могут.
Тем не менее эти ультранизкочастотные волны при магнитных бурях все-таки влияют на работу наземных устройств и аппаратов на околоземной орбите. Ученые предполагают, что, даже не пересекая границу плазмосферы, эти волны передают энергию ее частицам. И уже энергизированные частицы плазмосферы повышают уровень радиации в ближнем космосе и распространяются вплоть до поверхности Земли, вызывая сбои в работе аппаратуры.
Участник проекта, аспирант ИСЗФ СО РАН Александр Рубцов рассказал о задачах, решаемых данным исследованием:
«Понимание того, в каких областях пространства работают волны, создаваемые при действии солнечного ветра на магнитосферу Земли, поможет предсказывать повышение интенсивности потоков заряженных частиц, которые могут влиять на работу космических аппаратов».
Команда исследователей намерена в дальнейшем подробнее изучить взаимодействие различных типов волн с заряженными частицами в магнитосфере Земли.
