01.11.2012 Сюрприз: частицы солнечного ветра легко способны проникать внутрь глобального магнитного поля Земли!

Магнитосферу нашей планеты принято
считать чем-то вроде невидимого щита, отклоняющего непрерывные и
довольно плотные потоки заряженных частиц, прилетающих извне — прежде
всего, частиц солнечного ветра. Без этой защиты жизнь на Земле была б
куда менее комфортной, если б была возможной вообще...

Обычно
магнитосферу изображают чем-то вроде гигантского, практически
непроницаемого для ионов пузыря, в который заключена и планета, и
ближайшее к ней пространство. Однако все оказывается куда сложнее: по
новым данным, внешние границы этого пузыря скорее напоминают дырявое
решето. Из-за сложных взаимодействий магнитных полей в него легко
проникают энергичные электроны и протоны.

Открытие
стало возможным благодаря работе уникальной европейской миссии Cluster,
включающей группировку из четырех аппаратов, работающих на околоземной
орбите. То погружаясь в пределы магнитосферы, то выходя в открытое
космическое пространство, они позволяют получить трехмерную картину
процессов, проходящих на их условной границе, в области магнитопаузы,
где магнитное поле планеты начинает поддаваться давлению частиц
солнечного ветра, пока вовсе не уступает ему.

Так,
проведенные зондами Cluster измерения показали, что в этой области все
отнюдь не спокойно. К примеру, здесь фиксируются турбулентные волны
Кельвина — Гельмгольца, которые возникают на границе двух сред,
двигающихся с достаточно разными скоростями (или на границе движущихся с
разной скоростью слоев одной среды). Хорошим примером этих волн
являются обычные волны на поверхности воды, возникающие под действием
сильного ветра, с их характерной формой. Разумеется, в магнитопаузе ни
воды, ни ветра нет, и волны, которые могут растягиваться на десятки
тысяч километров, образует неспокойная плазма.

Движущаяся
плазма состоит из заряженных ионов и сама является источником
магнитного поля, так что игра полей в этой области получается очень
сложной, они непрерывно изменяются и рекомбинируют. Силовые линии
магнитных полей плазмы могут «перезамыкаться» на силовые линии
магнитосферы, создавая туннель, по которому заряженные частицы, как по
рельсам, проносятся сквозь границы «пузыря», которое образует магнитное
поле планеты, и оказывают серьезное влияние на все, что происходит
внутри.

На самом деле, картина еще
более сложна и способность солнечного ветра проникать внутрь
магнитосферы определяется, прежде всего, самим солнечным ветром.
Создаваемое им межпланетное магнитное поле заполняет практически всю
Солнечную систему. На дневной стороне Земли пересоединение его силовых
линий с линиями магнитосферы планеты происходит непрерывно, причем
особенно заметно в те периоды, когда межпланетное магнитное поле
направлено к южному полюсу Земли, то есть противоположно направлению
магнитосферы, ориентированной на север. В эти периоды внутрь
магнитосферы проникает особенно много частиц плазмы солнечного ветра.

Не
столь интенсивно, но пересоединение идет и при иных ориентациях
межпланетного магнитного поля, в том числе и северной — возможно, важную
роль при этом снова играют волны Кельвина — Гельмгольца. Однако
подтвердить это предположение пока не удавалось: пересоединение должно
наиболее ярко происходить на высоких широтах, где не проводились прямые
наблюдения. Лишь теперь ученым это удалось, подтвердив наличие тех самых
волн.

В период наблюдений,
проведенных с помощью спутников Cluster, межпланетное магнитное поле
было направлено к западу Земли, к той границе планеты, на которой
начинается ночь. И над ней, над приполярными широтами на высоте
магнитопаузы зонды зафиксировали волны Кельвина — Гельмгольца: как и
предполагалось. Ученым даже удалось показать, как сказывается различная
ориентация межпланетного поля на появлении и интенсивности этих волн.
«Мы заметили их в самых неожиданных областях, при таком характере
солнечного ветра, который до сих пор считался неподходящим для их
появления, » — говорит один из авторов работы.

Получается,
что частицы солнечного ветра легко проникают в непосредственные пределы
нашей планеты не только при строго определенных условиях. Процесс этот
должен быть вполне обычен.

Популярная механика