Ученые углубляют понимание магнитных полей

Огромные кольца электрически заряженных частиц окружают Землю и другие планеты. Теперь группа ученых завершила исследование волн, которые проходят через эту магнитную, электрически заряженную среду, известную как магнитосфера, углубляя понимание региона и его взаимодействия с нашей собственной планетой, и открывая новые способы изучения других планет в галактике.

Ученые во главе с Юн-Хва Кимом, физиком из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL), изучили тип волны, которая проходит через магнитосферу. Эти волны, называемые электромагнитными ионными циклотронными волнами (EMIC), показывают среди прочих качеств температуру и плотность частиц плазмы в магнитосфере.

«Волны являются своего рода сигналом от плазмы», — говорит Ким, ведущий автор статьи, в которой сообщается о результатах, полученных в JGR Space Physics. «Следовательно, волны EMIC могут использоваться в качестве диагностических инструментов для выявления некоторых характеристик плазмы».

Ким и исследователи из Университета Эндрюса в Мичигане и Университета Кёнг Хи в Южной Корее сосредоточили свои исследования на преобразовании мод, способе формирования некоторых волн EMIC. Во время этого процесса другие волны, которые сжимаются в направлении, из которого они движутся из космоса, сталкиваются с магнитосферой Земли и запускают формирование волн EMIC, которые затем уменьшаются под определенным углом и поляризацией — направление, в котором вибрируют все световые волны.

Используя компьютеры PPPL, ученые выполнили моделирование, показав, что эти преобразованные по моде волны EMIC могут распространяться через магнитосферу вдоль линий магнитного поля под углом, который составляет менее 90 градусов, относительно границы области с пространством. Знание таких характеристик позволяет физикам идентифицировать волны EMIC и собирать информацию о магнитосфере с ограниченной исходной информацией.

Лучшее понимание магнитосферы может дать подробную информацию о том, как Земля и другие планеты взаимодействуют со своей 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, которые порождают северное сияние.

Кроме того, инженеры используют волны, подобные волнам EMIC, чтобы помочь нагреву плазмы в устройствах магнитного синтеза, известных как токамаки. Таким образом, изучение поведения волн в магнитосфере может углубить понимание создания энергии термоядерного синтеза, которая происходит, когда частицы плазмы сталкиваются с образованием более тяжелых частиц. Ученые всего мира стремятся воспроизвести синтез на Земле для получения практически неисчерпаемого источника энергии.

Eun‐Hwa Kim et al, Electron Inertial Effects on Linearly Polarized Electromagnetic Ion Cyclotron Waves at Earth’s Magnetosphere, Journal of Geophysical Research: Space Physics(2019). DOI: 10.1029/2019JA026532