Сеть новых космических зондов НАСА проекта Magnetospheric Multiscale изучает один из «проклятых вопросов» космической физики — явление магнитного переключения. Это процесс, который позволяет энергии магнитного поля Солнца просочиться сквозь магнитосферу Земли, вызывая потенциально опасную космическую погоду. Об исследовании рассказывает Science.
Недавно миссия Magnetospheric Multiscale (MMS) облетела область, где происходит процесс магнитного переключения и впервые измерила характерное движение электронов, которое и вызывает это явление. По словам ведущего исследователя миссии, космофизика Джеймса Берча (James Burch), первые результаты удалось получить даже быстрее, чем этого ожидали сами ученые. «Мы думали, что будет труднее проводить измерения из-за шумов и турбулентности», — сказал он.
Многие астрономические тела, такие как планеты, звезды и даже черные дыры имеют свои магнитные поля. Эти поля имеют классическую форму, напоминающую яблоко: можно представить, что из южного полюса к северному исходят линии, образующие воображаемые «доли». К слову, на Земле магнитные и географические полюса практически совпадают. Заряженные частицы — электроны и ионы — движутся вдоль этих линий. Время от времени космические тела испускают интенсивные магнитные выбросы. Такие вспышки случаются, например, на Солнце или пульсарах (магнетарах) Последние по своей силе гораздо мощнее взрыва сверхновых.
Считается, что после таких вспышек могут случаться магнитные переключения. Это явление наблюдается на стыке двух противоположно направленных магнитных полей из разных источников — например, в месте соприкосновения полей Земли и Солнца. Магнитное поле Земли — своеобразный щит нашей планеты. Оно отклоняет интенсивный поток заряженных частиц, защищая нас от агрессивной радиации «домашней» звезды. Но магнитное переключение образует дыры в поле Земли, позволяя солнечному ветру атаковать планету.
Там, где противоборствующие магнитные поля встречаются, силовые линии двигаются вдоль них в противоположных направлениях — наподобие пролегающих рядом железнодорожных путей. Иногда, однако, силовые линии «ломаются» и свободные концы соединяются с противоположными, чтобы создать две новые энергетические линии с крутыми поворотами. По словам профессора Берча, это приводит к образованию «линии магнитного поля с одной ногой на Солнце и одной на Земле». Процесс также способен зарядить частицы уже по спирали. Таким образом, магнитное переподключение может привести к разрушительной космической погоде, которая может повредить спутники, угрожать здоровью космонавтов, а также нарушить связи и энергетических сетей на Земле.
Ученые прилагают большие усилия, чтобы разобраться в принципах магнитного переключения. В лабораторных экспериментах явление происходит так быстро и в таких малых масштабах, что трудно что-либо понять. В космосе — с масштабом дело обстоит значительно лучше, но трудность состоит в том, что точное время и место невозможно предсказать.
Так вот, возвращаясь к Magnetospheric Multiscale. Каждый из четырех идентичных космических аппаратов имеет множество приборов для измерения магнитных и электрических полей, а также движения потока ионов и электронов. Они были запущены в марте 2015 года и начали собирать данные в конце лета, будучи расположены по углам своеобразного четырехугольника, на расстоянии примерно в 10 км друг от друга.
За 6 месяцев они сделали 4000 проходов мимо магнитопауз, и 16 октября им повезло попасть в область готовящегося переключения. У них было еще пять аналогичных эпизодов после этого.
Благодаря данным космической миссии ученые увидели, что, несмотря на турбулентную закрученность, электроны в ходе подобных процессов двигаются относительно согласованно.
Этот согласованный поток электронов представляет собой электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле через зазор и, возможно, служит «искрой», которая соединяет противолежащие поля. В то же время, электрическое поле вдоль по течению отвечает за преобразование магнитной энергии в кинетическую.
Лучшее понимание механизма магнитного переключения поможет исследователям прогнозировать, в каких областях могут происходить эти процессы и в какую область Земли может попасть поток заряженных частиц.
Ранее портал Научная Россия писал о магнитных полях экзопланет, которые теоретически дают шанс возникновению жизни.
