Аппараты ESA и NASA помогли найти ключ к решению важного и долго нерешенного вопроса в физике плазмы

Автор: Леонид Гляделов . Опубликовано в категории: АСТРОФИЗИКА

1 1 1 1 1 Рейтинг 5 [1 Голос]

Иллюстрация, показывающая космический корабль миссии кластера ESA (сверху) и миссии THEMIS НАСА (внизу), пролетающей через магнитосхему Земли, сильно турбулентной граничной области между солнечным ветром и магнитосферой вокруг нашей планеты.

Новости космоса:
Впервые ученые подсчитали, сколько энергии передается в различных масштабов в магнитослое, пограничной области между солнечным ветром и магнитным полем (магнитосферой), который защищает нашу планету. Основываясь на данных, собранных миссиями ESA Cluster и NASA THEMIS в течение нескольких лет, исследование показало, что турбулентность является ключом, что делает этот процесс в сто раз более эффективным, чем в солнечном ветре.

Планеты Солнечной системы, включая нашу Землю, омываются солнечным ветром, сверхзвуковым потоком высокоэнергетических заряженных частиц, неумолимо испускаемые Солнцем. Наша планета и еще несколько других выделяются в этом всепроникающем потоке частиц: это планеты, у которых есть собственное магнитное поле, и поэтому представляют собой препятствие для мощной силы солнечного ветра.

Подробнее:

Именно взаимодействие между магнитным полем Земли и солнечным ветром создает сложную структуру магнитосферы, защитный пузырь, который защищает нашу планету от подавляющего большинства частиц солнечного ветра.

До сих пор ученые достигли достаточно хорошего понимания физических процессов, происходящих в плазме солнечного ветра и в магнитосфере. Тем не менее, многие важные аспекты по-прежнему отсутствуют в отношении взаимодействия между этими двумя средами и особенно турбулентной области, которая их разделяет, известная как магнитослой, где и происходит большинство интересных процессов.

«Чтобы узнать, как энергия передается от солнечного ветра в магнитосферу, нам нужно понять, что происходит в магнитослое, «серой зоне» между ними, - говорит Лина Зафер Хадид из Шведского института космической физики в Уппсале, Швеция.

Лина является ведущим автором нового исследования, в котором впервые определена роль турбулентности в магнитослое.

«В солнечном ветре мы знаем, что турбулентность способствует диссипации энергии от больших масштабов - сотен тысяч километров, до меньших масштабов - километра, где частицы плазмы нагреваются и ускоряются до более высоких энергий», - объясняет соавтор Фуад Сахрауи из Лаборатории физики плазмы во Франции.

«Мы подозревали, что подобный механизм должен быть и в магнитослое, но мы не могли это проверить до сих пор», - добавляет он.

Плазма магнитосферы более турбулентна, в большей степени подвержена флуктуациям плотности и может быть сжата в гораздо большей степени, чем солнечный ветер. Таким образом, это существенно сложнее, и ученые только в последние годы разработали теоретические рамки для изучения физических процессов, происходящих в такой среде.

Лина, Фуад и их сотрудники расчистили обширный объем данных, собранных в период между 2007 и 2011 годами четырьмя космическими аппаратами кластера ESA и двумя из пяти космических аппаратов миссий THEMIS НАСА, которые летают через магнитную среду Земли.

«Мы обнаружили, что плотность и магнитные флуктуации, вызванные турбулентностью в магнитосфере, усиливают скорость, с которой энергия каскадов от больших до малых масштабов, по меньшей мере, в сто раз по сравнению с тем, что наблюдается в солнечном ветре», объясняет Лина.

Новое исследование показывает, что около 10-13 Дж энергии передается на кубический метр каждую секунду в этой области магнитной среды Земли.

«Мы ожидали, что сжимаемая турбулентность повлияет на перенос энергии в плазме магнитосферы, но не на то, что она будет столь значительной», добавляет она.

Кроме того, ученые смогли получить эмпирическую корреляцию, которая связывает скорость рассеивания энергии в магнитосфере с четвертой степенью другой величины, используемой для изучения движения жидкостей, так называемого турбулентного числа Маха. Названный в честь австрийского физика Эрнста Маха, он количественно определяет скорость колебаний в потоке относительно скорости звука в этой жидкости, указывая, является ли поток дозвуковым или сверхзвуковым.

В то время как скорость передачи энергии сложно определить, если не использовать космические зонды, которые проводят измерения на месте, такие как космический аппарат кластера, пробоотборный плазмы вокруг Земли, число Маха можно более легко оценить, используя дистанционные наблюдения за множеством астрофизической плазмы за пределами области Наша планета.

«Если эта эмпирическая связь окажется универсальной, будет чрезвычайно полезно исследовать космическую плазму, которая не может быть непосредственно исследована космическими аппаратами, такими как межзвездная среда, которая пронизывает наш Млечный Путь и другие галактики», - говорит Фуад.

Ученые с нетерпением ждут сравнения своих результатов с измерениями плазмы, окружающей другие планеты Солнечной системы, с собственным магнитным полем, например, с помощью миссии НАСА «Юнона», в настоящее время на Юпитере и будущего Icy Moons Explorer от ESA, а также совместного ESA- Миссия JAXA BepiColombo к Меркурию, которая планируется в этом году.

«Очень интересно, что исследование, основанное на нескольких годах данных, нашло ключ к решению важного и долго нерешенного вопроса в физике плазмы», - говорит Филипп Эскубе, специалист по кластерным проектам ESA.

НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ:

2018-01-30 16:05:33
AstroNews Logo

Добавить комментарий

Комментарии нарушающие ПРАВИЛА будут удаляться, а их авторы возможно будут забанены.

СЛУЧАЙНЫЕ НОВОСТИ КОСМОСА

Безопасный режим обновления и восстановления состояния Gaia

Безопасный режим обновления и восстановления состояния Gaia

Новости космоса:
В прошлом месяце спутник Gaia ESA испытал техническую аномалию, за которой последовало событие «безопасного режима». После тщательной проверки космический корабль был успешно восстановлен и возобновил нормальные научные операции, в то время как команда миссии продолжает расследование точной причины аномалии.

18 февраля ошибки двух электрических блоков в сервисном модуле Gaia привели к тому, что космический аппарат запускал автоматический безопасный режим.

Подробнее...

Биологи создали карту лучших районов для земледелия на Марсе

Художественный образ земледелия на Марсе

Новости космоса:
Ученые из Нидерландов рассказали, какие характеристики грунта позволят выращивать овощи на Марсе.

Исследователи из Вагенингенского университета в Нидерландах составили карту районов Марса, в перспективе наиболее пригодных для выращивания овощей и злаковых. Биологи учли особенности почвы, наличие льда и другие характеристики. Подробности доступны на сайте университета.

Подробнее...

Недавно обнаруженные двойные планеты могут помочь решить загадку

Планета, надутая своей звездой-хозяином. Верхний левый: схема системы K2-132 на основной последовательности. Нижняя левая: схема системы K2-132. Звезда хозяина стала краснее и больше, больше облучая планету и тем самым увеличивая ее. Размеры не масштабируются. Основная панель: Газовая гигантская планета K2-132b расширяется, поскольку ее звезда-хозяин превращается в красного гиганта. Энергия от звезд хозяина переносится с поверхностью планеты в ее глубокий интерьер, вызывая турбулентность и глубокое перемешивание в планетной атмосфере. Планета вращается вокруг своей звезды каждые 9 дней и находится примерно в 2000 году.

Поскольку астрономы впервые измерили размер внесолнечной планеты семнадцать лет назад, они изо всех сил пытались ответить на вопрос: как величайшие планеты стали такими большими?
Благодаря недавнему открытию двойных планет из Университета Гавайского института астрономии, возглавляемого аспирантом Самуэлем Грюнблаттом, мы приближаемся к ответу на этот вопрос.

Планеты газового гиганта в основном состоят из водорода и гелия, и по крайней мере, в 4 раза больше диаметра Земли. Планеты газового гиганта, которые блистают близко к их звездам-хозяевам, известны как «горячие юпитеры». Эти планеты имеют массы, подобные Юпитеру и Сатурну, но имеют тенденцию быть намного больше - некоторые из них надуваются до размеров, даже больших, чем самые маленькие звезды.

Подробнее...