История полярных сияний стала гораздо шире: обнаружены неизвестные магнитосферные механизмы
Ключевой ингредиент для возникновения полярных сияний существует в космосе на гораздо большей высоте, чем считалось ранее, согласно новому исследованию в журнале Scientific Reports. Для создания ослепительных световых шоу в полярном ночном небе необходим электрический ускоритель, который направляет заряженные частицы вниз через атмосферу. Ученые из Университета Нагои и их коллеги из Японии, Тайваня и США обнаружили, что он существует на высоте более 30 000 километров над поверхностью Земли, что дает представление не только о нашей планете, но и о других.
Формирование сияний начинается со сверхзвуковой плазмы, выбрасываемой Солнцем в космос в виде высокоскоростных заряженных частиц. Когда эти частицы приближаются к Земле, они отклоняются и фокусируются вдоль линий магнитного поля планеты, в конечном итоге направляясь к полюсам.
Однако некоторые частицы получают мощный энергетический импульс, ускоряющий их в верхние слои атмосферы, где они сталкиваются с атомами кислорода и азота на высоте около 100 км, вызывая их возбуждение и последующее свечение. Новое исследование показало, что область ускорения этих электронов простирается до высот, превышающих 30 000 километров, что значительно выше ранее предполагаемого диапазона в 1 000–20 000 км.
«Наше исследование показывает, что электрическое поле, ускоряющее авроральные частицы, может существовать на любой высоте вдоль магнитной силовой линии и не ограничено переходной областью между ионосферой и магнитосферой на высоте в несколько тысяч километров, — говорит первый автор работы Шун Имаджо из Института исследований космическо-земной среды Университета Нагои. — Это говорит о том, что в игре находятся неизвестные магнитосферные механизмы».
Команда пришла к такому выводу, изучив данные наземных камер в США и Канаде и детектора электронов на японском спутнике Arase, изучающем радиационный пояс во внутренней магнитосфере Земли. Измерения, проведенные 15 сентября 2017 года, когда спутник находился на высоте около 30 000 км внутри тонкой активной дуги сияния, позволили зафиксировать движение электронов и определить, что область их ускорения начинается выше спутника и простирается ниже него.
«Понимание того, как формируется это электрическое поле, заполнит пробелы в понимании механизмов свечения сияний и транспорта электронов на Земле и других планетах, включая Юпитер и Сатурн», — отмечает Имаджо.