На границе плазмосферы: учёные выяснили механизм защиты Земли от ультранизкочастотных волн

Учёные из Института солнечно-земной физики СО РАН совместно с коллегами из Японии выяснили, что плазмосфера (нижний слой магнитосферы Земли) играет важную роль в распределении колебаний магнитного поля нашей планеты. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда. Исследование поддержано грантом фонда. Результаты опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Как отмечают авторы работы, от Солнца к Земле идёт не только свет, но и поток ионизированных частиц — солнечный ветер, который вызывает магнитные бури. Они, в свою очередь, негативно влияют на работу космических спутников, в результате чего происходят перебои в мобильной связи, сигналах спутникового ТВ и т. д.

• Gettyimages.ru

От солнечного ветра у нашей планеты есть естественный щит в виде магнитосферы — области вокруг Земли, оканчивающейся на высоте примерно 60 тыс. км. В её пределах действует магнитное поле, при столкновении с которым поток ионизированных частиц отклоняется от своей изначальной траектории. При этом при соприкосновении с магнитным полем Земли солнечный ветер порождает ультранизкочастотные волны (УНЧ; частоты ниже 1 Гц). Эти волны переносят электромагнитную энергию в магнитосфере на большие расстояния и сопровождают все значимые явления геосферы: магнитные бури, грозы, ураганы и даже землетрясения.

В новой работе исследователи изучили данные о колебаниях магнитного поля Земли, собранные японским орбитальным спутником Arase с 2017 по 2020 год. В результате специалисты выяснили, как магнитосфера реагирует на воздействие солнечного ветра в спокойные геомагнитные периоды и во время магнитных бурь.

В первом случае солнечный ветер огибает магнитосферу и УНЧ-волны образуются лишь в её поверхностных слоях. Однако во время бурь ветер проникает вглубь магнитосферы и воздействует ещё и на её нижний слой — плазмосферу — зону, богатую заряженными частицами и находящуюся на высоте на высоте от 1 тыс. до 20 тыс. км над поверхностью Земли.

Более того, в такие периоды поток идущих от Солнца заряженных частиц буквально «прижимает» плазмосферу к поверхности Земли, сдвигая её границу вниз.

Оказалось, что верхняя граница плазмосферы выступает барьером для распространения ультранизкочастотных волн, которые даже во время сильной магнитной бури не могут проникнуть внутрь. В таких условиях плазмосфера способна контролировать распределение УНЧ-волн в пространстве и удерживать их на расстоянии от своей верхней границы.

• Gettyimages.ru

«Мы предполагаем, что этот эффект связан с высокой плотностью плазмы на границе плазмосферы. Хотя концентрация частиц в этой области падает, там накапливаются тяжёлые частицы. Поскольку плотность является произведением массы на концентрацию, она может быть высокой даже у разреженной среды. В свою очередь, частота УНЧ-волны (как и любой другой волны) зависит именно от плотности среды, в которой она распространяется. Натолкнувшись на область повышенной плотности на границе плазмосферы, УНЧ-волны уже не могут проникнуть глубже, в направлении поверхности Земли», — отметил в беседе с RT аспирант Института солнечно-земной физики СО РАН Александр Рубцов.

Также по теме

Нелинейные процессы: российский геолог — о прогнозировании землетрясений и глубинной структуре Земли

Основные представления о внутреннем строении Земли не меняются с начала прошлого века, однако учёные постоянно делают новые открытия,...

Хотя волны не проходят в плазмосферу, при магнитных бурях они всё равно влияют на работу наземных устройств и аппаратов на околоземной орбите. Как предполагают учёные, причина может быть в передаче энергии частицам плазмосферы при их взаимодействии с УНЧ-волнами. Ускоренные таким образом частицы, в свою очередь, могут достигать поверхности Земли, а также повышать уровень радиации в ближнем космосе, что негативно влияет на космические аппараты на орбите.  

«Понимание того, в каких областях пространства работают волны, создаваемые при действии солнечного ветра на магнитосферу Земли, поможет предсказывать повышение интенсивности потоков заряженных частиц, которые могут влиять на работу космических аппаратов. В дальнейшем мы планируем подробнее изучить, как именно различные типы волн взаимодействуют с заряженными частицами в магнитосфере Земли», — подытожил Рубцов.