Несмотря на то, что магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра и космической погоды, оно не всегда обеспечивает полную защиту. Исследователи обнаружили новый механизм в космической среде Земли, который позволяет солнечным частицам проскальзывать через первую линию защиты планеты.

Постоянное взаимодействие между магнитным полем Земли и сверхзвуковыми частицами Солнца иногда приводит к возникновению мелкомасштабных плазменных струй , которые могут ослабить защиту барьера от эффектов космической погоды , которые не только вызывают великолепные полярные сияния, но также могут вызвать нарушение энергосистем и спутниковой связи.

В публикации в Nature Communications исследователи из Королевского технологического института KTH в Стокгольме определили и объяснили механизм, с помощью которого возникают эти струи высокого давления, когда скорость сверхзвукового солнечного ветра притупляется ударной волной магнитосферы Земли.

Ведущий автор Саввас Раптис, докторант KTH, говорит, что результаты могут применяться повсеместно. «Результаты могут быть фундаментальными при шоках», — говорит Раптис. «Они также могут существовать в других подобных плазменных средах, которые можно найти повсюду во Вселенной, от астрофизических объектов до других планет, а также здесь, на Земле».

Когда плазма движется со сверхзвуковой скоростью к Земле, она сталкивается с магнитным полем, которое исходит от ядра планеты, и резко замедляется, образуя головную ударную волну. За этой точкой находится переходная зона, известная как магнитослой. Именно здесь сжатая и нагретая плазма по большей части остается относительно однородной, но волны и частицы, расположенные ниже и выше по течению, взаимодействуют и эволюционируют, иногда уступая место новым явлениям. Одним из следствий этой динамики является образование струй с динамическим давлением выше, чем у самого солнечного ветра .

По словам Раптиса, используя инструменты на борту четырех спутников НАСА «Магнитосферная многомасштабная миссия» (MMS), исследователи проследили за формированием этих нисходящих струй из носовой ударной волны и проследили их происхождение как прямое следствие эволюции восходящей волны и реформирования носовой ударной волны.

Раптис говорит, что необходимо сосредоточиться на небольших исследованиях, чтобы понять детали того, как устроена космическая среда Земли. «Большинство исследований последних десятилетий были сосредоточены на крупномасштабных изменениях, вызванных макромасштабными явлениями, связанными с солнечной активностью», — говорит он. «Но по мере того, как мы обнаруживаем все больше и больше явлений меньшего масштаба, мы видим, что такие среды, как ударная волна Земли и связанные с ними явления, такие как струи магнитослоя, играют очень важную роль».

Он говорит, что исследование также подчеркивает важность таких миссий, как MMS, которая в 2015 году запустила четыре космических корабля на орбиту Земли, чтобы двигаться в форме тетраэдра вокруг планеты и обеспечить наблюдения магнитосферы с высоким разрешением в действии. Исследователи KTH, такие как соавторы Раптиса Томас Карлссон, профессор физики плазмы, и исследователь Пер-Арне Линдквист, внесли свой вклад в миссию MMS, разработав компоненты, и они продолжают проводить исследования данных, которые производит миссия.

«Мы смогли наблюдать ранее неизведанные части окружающего Землю космического пространства», — говорит Раптис. «Мы показали, насколько полезны такие космические миссии для понимания и объяснения природы. Эволюция толчков и то, как она связана с генерацией джетов, — необходимая часть для понимания космической среды Земли».