Ученые во главе с Ын-Хва Ким, физиком из Университета Калифорнии.S. Принстонская лаборатория физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики (DOE) исследовала тип волны, которая проходит через магнитосферу. Эти волны, называемые электромагнитными ионно-циклотронными (ЭМИЦ) волнами, выявляют температуру и плотность частиц плазмы в магнитосфере, среди других качеств.
«Волны – это своего рода сигнал от плазмы», – сказал Ким, ведущий автор статьи, в которой сообщается о результатах в JGR Space Physics. "Таким образом, ЭМИЦ-волны можно использовать в качестве диагностических инструментов для выявления некоторых характеристик плазмы."
Ким и исследователи из Университета Эндрюса в Мичигане и Университета Кён Хи в Южной Корее сосредоточили свои исследования на преобразовании мод, способе формирования некоторых электромагнитных волн. Во время этого процесса другие волны, которые сжимаются вдоль направления, в котором они движутся из космического пространства, сталкиваются с магнитосферой Земли и вызывают формирование электромагнитных волн, которые затем уменьшаются под определенным углом и поляризацией – направлением, в котором движутся все световые волны. вибрирующий.
Используя компьютеры PPPL, ученые выполнили моделирование, показывающее, что эти ЭМИЦ-волны с преобразованием мод могут распространяться через магнитосферу вдоль силовых линий магнитного поля под нормальным углом, который меньше 90 градусов, по отношению к границе области с космосом.
Знание таких характеристик позволяет физикам идентифицировать ЭМИЦ-волны и собирать информацию о магнитосфере с ограниченной исходной информацией.
Лучшее понимание магнитосферы может предоставить подробную информацию о том, как Земля и другие планеты взаимодействуют с их космической средой. Например, волны могут позволить ученым определить плотность элементов, таких как гелий и кислород, в магнитосфере, а также узнать больше о потоке заряженных частиц от Солнца, который производит северное сияние.
Более того, инженеры используют волны, подобные EMIC-волнам, чтобы способствовать нагреву плазмы в устройствах магнитного синтеза в форме пончика, известных как токамаки. Таким образом, изучение поведения волн в магнитосфере могло бы углубить понимание создания термоядерной энергии, которое происходит, когда частицы плазмы сталкиваются с образованием более тяжелых частиц. Ученые всего мира стремятся воспроизвести термоядерный синтез на Земле, чтобы получить практически неисчерпаемый источник энергии для выработки электричества.
Таким образом, знание электромагнитных волн может дать широкие преимущества. «Мы действительно хотим понять магнитосферу и то, как она опосредует влияние космической погоды на нашу планету», – сказал Ким. "Было бы очень полезно использовать EMIC-волны в качестве диагностики."
Это исследование было доступно в Интернете в апреле 2019 г., а окончательная онлайн-публикация – 17 мая 2019 г.
Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США (Fusion Energy Sciences), Национальным научным фондом и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства.