Ученые обнаружили неожиданное изменение в распределении электрического заряда внутри магнитосферы Земли, что ставит под сомнение устоявшиеся представления о взаимодействии нашей планеты с солнечной энергией. Результаты, опубликованные ранее в этом году в Journal of Geophysical Research: Space Physics, могут уточнить прогнозы космической погоды и повысить защиту спутников и наземной инфраструктуры.
Магнитосфера: щит с подвохом
Магнитосфера Земли, обширная магнитная оболочка, окружающая планету, защищает нас от постоянного потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем, — солнечного ветра. Когда солнечный ветер сталкивается с магнитосферой, он генерирует электрические токи и магнитные силы, которые приводят в движение явления космической погоды, от впечатляющих полярных сияний до разрушительных геомагнитных бурь. На протяжении десятилетий ученые предполагали простую электрическую схему: положительный заряд на утренней («рассветной») стороне Земли и отрицательный заряд на вечерней («закатной») стороне. Однако новые данные, полученные в ходе миссии NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) и передовых компьютерных симуляций, показывают более сложную — и частично инвертированную — реальность.
Инвертированная полярность: утро отрицательное, закат положительное
Команда под руководством Юсуке Эбихары, профессора Киотского университета в Японии, обнаружила, что утренняя сторона магнитосферы несет отрицательный заряд, а вечерняя сторона — положительный. Это противоречит общепринятой теории, которая предсказывает одинаковую полярность по всей экваториальной плоскости и полярным регионам. Это открытие не отменяет существующие модели, но добавляет критически важный нюанс в наше понимание того, как энергия течет в космической среде Земли.
Движение плазмы: ключ к инверсии
Ключ к этому неинтуитивному поведению лежит в движении заряженных частиц — плазмы — внутри магнитосферы. Когда солнечная энергия воздействует на магнитное поле Земли, плазма закручивается вокруг планеты. На закатной стороне эта плазма течет по часовой стрелке к полюсам. Одновременно магнитные силовые линии Земли проходят от Южного к Северному полушарию, поднимаясь вблизи экватора и опускаясь вблизи полюсов.
Поскольку движение плазмы и магнитные силовые линии работают в противоположных направлениях, их взаимодействие изменяет способ накопления электрического заряда в различных регионах магнитосферы. Это создает наблюдаемую инверсию: электрическая сила и распределение заряда являются результатом движения плазмы, а не причиной.
Последствия для прогнозирования космической погоды
Исследование подчеркивает важность динамических процессов — в частности, движения плазмы — в формировании электрической среды вокруг Земли. Показывая, что различные части магнитосферы могут вести себя противоположным образом, результаты уточняют модели того, как энергия от Солнца поступает в верхние слои атмосферы Земли. Это может привести к более точным прогнозам космической погоды, помогая смягчить риски, которые геомагнитные бури представляют для спутников, электросетей и систем связи.
«Электрическая сила и распределение заряда являются результатом, а не причиной движения плазмы», — заявил Эбихара, подчеркнув центральный вывод исследования.
Эти результаты не означают, что существующие модели неверны, а скорее что они неполны. Учитывая динамическое взаимодействие между движением плазмы и магнитными силовыми линиями, ученые могут создавать более надежные и прогностические модели космической среды Земли.
