Вчені виявили несподівану зміну в розподілі електричного заряду в магнітосфері Землі, що кидає виклик давнім уявленням про взаємодію нашої планети з сонячною енергією. Результати, опубліковані на початку цього року в Journal of Geophysical Research: Space Physics, можуть покращити прогнози космічної погоди та покращити захист супутників і наземної інфраструктури.
Магнітосфера: щит із фіксатором
Магнітосфера Землі, величезна магнітна оболонка, що оточує планету, захищає нас від постійного потоку заряджених частинок, які випромінює Сонце – сонячного вітру. Коли сонячний вітер стикається з магнітосферою, він генерує електричні струми та магнітні сили, які керують явищами космічної погоди, від вражаючих полярних сяйв до руйнівних геомагнітних бур. Протягом десятиліть вчені припускали просту електричну схему: позитивний заряд на ранковій («світанковій») стороні Землі та негативний заряд на вечірній («західній») стороні. Однак нові дані багатомасштабної місії NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) і вдосконалене комп’ютерне моделювання розкривають більш складну — і частково перевернуту — реальність.
Перевернута полярність: ранок негативний, захід сонця позитивний
Команда під керівництвом Юсуке Ебіхара, професора Кіотського університету в Японії, виявила, що ранкова сторона магнітосфери несе негативний заряд, тоді як вечірня сторона несе позитивний заряд. Це суперечить загальноприйнятій теорії, яка передбачає однакову полярність у всій екваторіальній площині та полярних областях. Це відкриття не скасовує існуючі моделі, але додає критичний нюанс до нашого розуміння того, як енергія тече в космічному середовищі Землі.
Рух плазми: ключ до інверсії
Ключ до цієї неінтуїтивної поведінки полягає в русі заряджених частинок — плазми — в магнітосфері. Коли сонячна енергія впливає на магнітне поле Землі, плазма обертається навколо планети. На стороні заходу ця плазма тече за годинниковою стрілкою до полюсів. При цьому силові лінії магнітного поля Землі проходять від Південної до Північної півкулі, піднімаючись біля екватора і опускаючись біля полюсів.
Оскільки рух плазми та лінії магнітного поля діють у протилежних напрямках, їх взаємодія змінює спосіб накопичення електричного заряду в різних областях магнітосфери. Це створює спостережувану інверсію: електрична сила та розподіл заряду є результатом руху плазми, а не причиною.
Наслідки для прогнозування космічної погоди
Дослідження підкреслює важливість динамічних процесів, зокрема руху плазми, у формуванні електричного середовища навколо Землі. Показуючи, що різні частини магнітосфери можуть поводитися протилежно, результати уточнюють моделі того, як енергія від Сонця надходить у верхні шари атмосфери Землі. Це може призвести до більш точних прогнозів космічної погоди, допомагаючи пом’якшити ризики, які геомагнітні бурі становлять для супутників, електромереж і систем зв’язку.
«Електрична сила та розподіл заряду є результатом, а не причиною руху плазми», — сказав Ебіхара, підкреслюючи головний висновок дослідження.
Ці результати не означають, що існуючі моделі неправильні, а скоріше, що вони неповні. Беручи до уваги динамічну взаємодію між рухом плазми та лініями магнітного поля, вчені можуть створювати більш надійні та передбачувані моделі космічного середовища Землі.
