Голяма част от полярните сияния близо до Северния и Южния магнитен полюс, започва като плазмени течения в магнитоопашката на Земята - частта от магнитосферата, която е опъната зад Земята като вятърен чувал от слънчевия вятър. Задълбоченото изучаване как процесите, които протичат на стотици хиляди километри разстояние, създават специфични аврорални формации (т.е. на полярни сияния) в атмосферата, изисква измервания на частици и електрически токове, протичащи от магнитоопашката, заедно с орбиталните изображения на полярни сияния.
Мисията на НАСА за изследване на магнитната опашка и полярното сияние на Земята, наречено CINEMA (Cross-scale Investigation of Earth’s Magnetotail and Aurora) има за цел да направи точно това. Мисията ще бъде управлявана от Лабораторията по приложна физика на университета "Джонс Хопкинс". Усилията включват проектирането и изграждането на три инструмента на всеки от деветте космически кораба, които ще събират данни за структурата и еволюцията на плазмения слой на Земята. Този плътен слой космическа плазма в магнитната опашка, или магнитоопашката, която тече зад Земята, играе централна роля в контролирането на експлозивните освобождавания на енергия.
CINEMA ще измерва магнитната опашка отдалеч
Когато енергийни частици от слънчевия вятър ударят обърнатата към Слънцето ударна вълна на магнитосферата, те се улавят от магнитната опашка, където някои от тях се връщат обратно към Земята, създавайки постоянен модел на плазмена конвекция, наречен цикъл на Дънджи. Енергията, натрупана от този цикъл, често се нарушава от експлозивни магнитни събития, наречени магнитни суббури, които карат плазмените потоци да се насочват към Земята, генерирайки интензивни полярни сияния.
3D схема на цикъла на Дънджи. За слънчевия вятър, насочен на юг, и без наклон на дипола, повторното свързване се осъществява по дълга линия през магнитопаузата от дневната страна. Повторно свързаните полеви линии конвектират над полюса и в магнитоопашката. Повторното свързване в магнитоопашката затваря преди това отворените полеви линии. Конвекцията връща тези затворени полеви линии от опашката обратно към дневната страна, за да завърши цикъла. Този цикъл е изобразен с червените стрелки. Кредит: S. A. Fuselier et al; Space Science Reviews 220(4) 2024; DOI:10.1007/s11214-024-01067-0; (CC BY 4.0)
Концепцията за магнитните суббури се появява през 50-те и 60-те години на миналия век, водена до голяма степен от измерванията на наземни изображения на полярните сияния в цялото небе и измерванията на частици, направени от спътници.
Екипът на CINEMA ще се съсредоточи върху три различни форми на полярните сияния и ще се опита да определи как те са свързани със структурата на магнитната опашка. Усилването на граничната точка по посока на полюса (PBI - poleward boundary intensification) е внезапно изсветляване на полярния ръб на полярното сияние. Смята се, че това е първият признак за събитие на магнитно повторно свързване или магнитно присъединяване в магнитната опашка – събития, които се случват, когато линиите на магнитното поле в магнитосферата се сблъскат с противоположно намагнитена плазма от слънчевия вятър.
Магнитно присъединяване. Слънчевите изригвания се случват, когато линиите на магнитното поле в близост до слънчеви петна се реорганизират експлозивно. Кредит: Wikimedia Commons
Втората форма на полярното сияние, която CINEMA ще изучава, е авроралният стример, който представлява дълга аврорална дъга, ориентирана от север на юг, за разлика от по-често срещаната формация от изток на запад. Крайната форма са т. нар. аврорални мъниста. Почти винаги, преди да избухне суббуря, наблюдателите виждат как в полярното сияние се появява шарка, подобна на огърлица, с множество светещи точки, нанизани по небето като перли на конец.
Аврорални мъниста, видяни от Международната космическа станция. Кредит: НАСА
Тези три аврорални форми, които могат да се видят с просто око, може да са признаци на невидими плазмени потоци в магнитната опашка. За да разбере това, CINEMA ще използва техника за дистанционно наблюдение, за да наблюдава магнитната структура на най-отдалечените части на магнитната опашка.
Магнитометрите на CINEMA ще измерват електрическите токове, протичащи между магнитосферата и йоносферата, а едновременно с това детекторите на частици ще измерват електрони и йони, вливащи се от магнитната опашка. Ъгълът на тези потоци от частици, сравнен с ориентацията на магнитното поле на Земята, ще разкрие структурата на магнитната опашка по същата линия на магнитното поле, което ще позволи на екипа на CINEMA да проучи как магнитоопашката се променя преди експлозивни събития като суббури.
Може да се окаже, че локализираните магнитни полета в йоносферата играят по-голяма роля в образуването на авроралните форми, отколкото магнитосферните плазмени потоци – все още има разногласия сред физиците, занимаващи се с полярните сияния, по този въпрос. Близостта на CINEMA до плазмената система йоносфера-магнитосфера ще позволи детайлно проучване на региона и би трябвало да изясни кои магнитни структури са най-важни за формирането на полярните сияния.
Кредит: Space Sciences Laboratory at the University of California, Berkeley
CINEMA ще включва повече снимки на полярни сияния от всякога
Човек, стоящ на земния екватор в полунощ, може да се намира директно под интензивен плазмен поток, но свързаното с него сияние няма да се появи на екватора. Енергията ще следва линия на магнитното поле до Северния или Южния полюс, където всички линии на магнитното поле се събират в зона, наречена аврорален овал. Всеки космически кораб CINEMA ще преминава през нощния аврорален овал около 30 пъти на ден. Въпреки че мисията на НАСА THEMIS е правила измервания от самата магнитна опашка, регионът е твърде обширен, за да могат пет космически кораба да получат пълна картина на плазмените потоци там. От ниска околоземна орбита, дистанционното наблюдение на CINEMA може да доведе до открития за магнитната опашка, които надминават тези на новаторската мисия THEMIS.
Национален парк Джаспър, Албърта: Северното сияние плавно се движи на изток... преди да затанцува в суббуря. Кредит: Flickr | Jeff Wallace (CC BY-NC 2.0)
В първата фаза на научната мисия, деветте космически апарата, следващи един след друг в линия, ще позволят наблюдение на еволюцията на плазмените потоци и полярното сияние в продължение на 45 минути. Серията от изображения ще служи като кратко видео със свързани магнитни измервания за всеки кадър. В следващата фаза космическият апарат ще формира мрежова формация 3 на 3, което ще позволи по-широки пространствени измервания и изображения.
Източник: CINEMA mission will explore auroras and Earth’s mysterious magnetotail, Space Sciences Laboratory at the University of California, Berkeley
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване