Нашли в лаборатории. Физики раскрыли тайну волн, которые вызывают полярные сияния
Ученые Университета Айовы в США раскрыли тайну возникновения полярного сияния. Главную роль играют мощные электромагнитные волны во время магнитных бурь.
Физики из США впервые продемонстрировали и подтвердили механизм ускорения частиц — воспроизведя этот процесс в лаборатории, сообщает издание Science Alert.
«Идея о том, что эти волны могут возбуждать электроны, создающие полярное сияние, возникла более четырех десятилетий назад, но это первый раз, когда мы смогли окончательно подтвердить, что это работает», — сказал физик Крейг Клетцинг из Университета Айовы.
«Эти эксперименты позволяют нам провести ключевые измерения, которые показывают, что космические измерения и теория действительно объясняют основной способ создания полярных сияний», — добавил ученый.
Впервые такие волны были описаны шведским инженером-электриком Ханнесом Альфвеном в 1942 году — поперечные волны в электрической жидкости, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Они являются важным механизмом переноса энергии и импульса в магнитогидродинамических системах; то есть они могут ускорять частицы.
Альфвеновские волны наблюдались в силовых линиях магнитного поля Земли, а космические аппараты даже наблюдали направленные на Землю альфвеновские волны над полярными сияниями.
Поэтому группа ученых во главе с физиком Джимом Шредером из Уитон-колледжа использовала Большое плазменное устройство (LAPD) в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, чтобы ближе познакомиться с этим явлением. Это цилиндрическая вакуумная камера длиной 20 метров (66 футов) и диаметром 1 метр (3,3 фута) с мощным магнитным полем.
«Этот сложный эксперимент требовал измерения очень небольшой популяции электронов, движущихся по камере LAPD почти с той же скоростью, что и альфвеновские волны», — сказал физик Трой Картер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Команда генерировала альфвеновские волны в плазме в LAPD и одновременно измеряла распределение электронов по скоростям в условиях, соответствующих формированию полярных сияний. Они обнаружили, что альфвеновские волны передают энергию электронам в резонансе с волнами — скорость, аналогичная фазовой скорости волн.
«Измерения показали, что эта небольшая популяция электронов подвергается резонансному ускорению электрическим полем альфвеновской волны, подобно тому, как серфер ловит волну и постоянно ускоряется, когда серфер движется вместе с волной», — сказал физик Грег Хоус из Университета Айовы.
Этот процесс известен как затухание Ландау, потому что передача энергии от волны к частице ослабляет волну, что, в свою очередь, предотвращает возникновение нестабильности. Затем, сравнив свои результаты с модельным полярным сиянием, команда смогла продемонстрировать, что скорость возбуждения электронов соответствует затуханию Ландау в реальных условиях.
«Соотношение скорости возбуждения электрона между экспериментом и моделью полярных сияний устанавливает окончательную связь, необходимую для демонстрации того, что мы предоставили прямое экспериментальное подтверждение того, что альфвеновские волны могут ускорять электроны, которые генерируют завораживающее сияние», — написали исследователи.
Ранее стало известно, что описанный в японской летописи «Нихон сёки» красный «хвост фазана», который возник в небе над Японией в VII веке, был, вероятнее всего, полярным сиянием. К таким выводам пришли Рюхо Катаока, который изучает космическую погоду в Национальном институте полярных исследований в Японии, и его коллеги.
Согласно историческим записям, 30 декабря 620 года в небе появился загадочный «хвост фазана». В то время знак посчитали плохим предзнаменованием. Современные ученые, оглядываясь назад на записи, задавались вопросом, могло ли зрелище быть вызвано сиянием или кометой.
Катаока с коллегами начали со сравнения исторического описания с современным пониманием полярных сияний. Хотя эти небесные явления часто бывают зелеными, они могут появляться в других цветах, включая красный, в зависимости от того, какие элементы в атмосфере Земли активируются заряженными частицами.
Исследователи определили положение магнитного полюса Земли в 620 году, чтобы выяснить, могло ли свечение верхних слоев возникнуть в районе Японии в то время. Выяснилось, что магнитная широта Японии в 620 году отличалась от современной: тогда она составляла 33 градуса, в то время как сейчас — 25 градусов.
Напомним, в январе Северное сияние над Лапландией раскрасило небо в яркие зеленые и местами розовые цвета (фото). Природное явление длилось всего 15 минут.
Читайте также:
Жители Земли 10 июня смогут наблюдать необычное астрономическое явление — кольцевое солнечное затмение.
В отчете Пентагона об НЛО говорится, что нет очевидных доказательств внеземного происхождения объектов, которые наблюдали пилоты ВВС США, впрочем подтверждаются факты, что это не секретные технологии государства, и признается, что непонятно, как эти объекты движутся в пространстве