Но новые мощные компьютерные модели в сочетании с наблюдениями из программы НАСА «История событий во времени и макромасштабных взаимодействий во время суббурей» – THEMIS – предоставили первые убедительные доказательства событий в космосе, которые привели к появлению этих бусинок, и продемонстрировали важную роль. они играют в нашем ближнем космосе.
«Теперь мы точно знаем, что образование этих шариков является частью процесса, предшествующего запуску суббури в космосе», – сказал Василис Ангелопулос, главный исследователь THEMIS в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. "Это важный новый фрагмент головоломки."
Обеспечивая более широкую картину, чем можно увидеть с помощью трех космических аппаратов THEMIS или одних только наземных наблюдений, новые модели показали, что авроральные бусины вызваны турбулентностью в плазме – четвертым состоянием материи, состоящей из газообразных заряженных частиц с высокой проводимостью. частицы – окружающие Землю. Результаты, недавно опубликованные в журналах Geophysical Research Letters и Journal of Geophysical Research: Space Physics, в конечном итоге помогут ученым лучше понять весь спектр закрученных структур, наблюдаемых в полярных сияниях.
«Наблюдения THEMIS теперь выявили турбулентность в космосе, которая вызывает потоки, освещающие небо, как отдельные жемчужины в сияющем ожерелья полярных сияний», – сказал Евгений Панов, ведущий автор одной из новых статей и ученый THEMIS из Института космических исследований Австрийская Академия Наук. "Эти турбулентности в космосе первоначально вызваны более легкими и более подвижными электронами, движущимися с массой частиц в 2000 раз тяжелее, и которые теоретически могут развиться до полномасштабных авроральных суббурь."
Тайны образования авроральных бус
Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы от Солнца попадают в магнитную среду Земли – магнитосферу – и направляются в верхние слои атмосферы Земли, где столкновения вызывают свечение атомов и молекул водорода, кислорода и азота. Моделируя околоземную среду в масштабах от десятков миль до 1.2 миллиона миль, ученые THEMIS смогли показать детали того, как формируются авроральные бусины.
Когда потоки облака плазмы, извергнутые Солнцем, проходят мимо Земли, их взаимодействие с магнитным полем Земли создает плавучие пузыри плазмы позади Земли. Подобно лавовой лампе, дисбаланс плавучести между пузырьками и более тяжелой плазмой в магнитосфере создает плазменные пальцы шириной 2500 миль, которые тянутся вниз к Земле.
Подписи этих пальцев создают отчетливую бусинчатую структуру в полярном сиянии.
«Было осознание того, что в целом эти относительно небольшие кратковременные события, происходящие вокруг магнитосферы, каким-то образом важны», – сказал Дэвид Сибек, ученый проекта THEMIS в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Мы только недавно подошли к тому моменту, когда вычислительная мощность достаточно высока, чтобы охватить основы физики этих систем."
Теперь, когда ученые понимают, что полярные бусинки предшествуют суббурям, они хотят выяснить, как, почему и когда бусинки могут вызвать полномасштабную суббурь. По крайней мере теоретически, пальцы могут запутать силовые линии магнитного поля и вызвать взрывное событие, известное как магнитное пересоединение, которое, как хорошо известно, создает полномасштабные суббури и полярные сияния, заполняющие ночное небо.
Новые модели открывают новые двери
С момента своего запуска в 2007 году THEMIS проводит подробные измерения при прохождении через магнитосферу, чтобы понять причины суббурь, которые приводят к полярным сияниям. В своей основной миссии THEMIS смогла показать, что магнитное пересоединение является основной движущей силой суббурь. Новые результаты подчеркивают важность структур и явлений в меньших масштабах – эти сотни и тысячи миль в диаметре по сравнению с теми, которые охватывают миллионы миль.
"Чтобы понять эти особенности в полярных сияниях, вам действительно нужно разрешить как глобальные, так и более мелкие, локальные масштабы. Вот почему до сих пор это было так сложно », – сказал Слава Меркин, соавтор одной из новых статей и ученый из Центра геокосмических бурь НАСА, штаб-квартира которого находится в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд. "Это требует очень сложных алгоритмов и очень больших суперкомпьютеров."
Новое компьютерное моделирование почти идеально соответствует THEMIS и наземным наблюдениям. После первоначального успеха новых компьютерных моделей ученые THEMIS стремятся применить их к другим необъяснимым явлениям полярных сияний. В частности, для объяснения мелкомасштабных структур важны компьютерные модели, поскольку они могут помочь интерпретировать то, что происходит между пространствами, где проходят три космических корабля THEMIS.
«В полярных сияниях люди видят множество очень динамичных и очень мелкомасштабных структур, которые трудно связать с более широкой картиной в космосе, поскольку они возникают очень быстро и в очень малых масштабах», – сказал Карим Соратия, ведущий автор одного из новые документы и ученый из Центра геокосмических бурь НАСА, штаб-квартира которого находится в Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса. "Теперь, когда мы можем использовать глобальные модели для их характеристики и исследования, это открывает множество новых дверей."
Узнайте больше о миссиях НАСА THEMIS и ARTEMIS: https: // www.НАСА.правительство / специальные предложения / artemis /