Представление художника о микротурбулентности, замеченной Кластером. Изображение предоставлено: ESA Увеличить
Благодаря измерениям миссии ESA Cluster, группа европейских ученых определила «микро» вихри в магнитосфере Земли.
Такая мелкомасштабная вихревая турбулентность, существование которой было предсказано с помощью математических моделей, ранее не наблюдалась в космосе. Результаты актуальны не только для космической физики, но и для других приложений, таких как исследования ядерного синтеза.
9 марта 2002 года четыре спутника Кластера, летевшие в четырехгранной формации на расстоянии 100 километров друг от друга, пересекали северную «магнитную вершину». когда они сделали свое открытие. Магнитные острые выступы - это области над магнитными полюсами, где линии магнитного поля, окружающие Землю, образуют магнитную воронку.
Магнитные бугорки - это две важные области в магнитосфере Земли, где находится «солнечный ветер». - постоянный поток заряженных частиц, генерируемых Солнцем, который пересекает всю Солнечную систему - может напрямую получить доступ к верхнему слою атмосферы Земли (ионосфере).
Большое количество плазмы (газ заряженных частиц) и энергии транспортируется через эти и другие «доступные». регионы, чтобы проникнуть в магнитосферу - естественный защитный щит Земли. Только менее одного процента всей энергии, переносимой солнечным ветром и поражающей магнитосферу Земли, на самом деле удается проникнуть сквозь нее, но она все же может оказать значительное влияние на земные системы, такие как телекоммуникационные сети и линии электропередач.
Солнечный материал, проникающий внутрь, генерирует турбулентность в плазме, окружающей Землю, подобную турбулентности, но с более сложными связанными силами. Такая турбулентность генерируется, например, в зонах перехода между слоями плазмы различной плотности и температуры, но механизмы ее формирования еще не совсем ясны.
Турбулентность существует в разных масштабах, от нескольких тысяч до нескольких километров в поперечнике. С in situ? Многоточечной? Согласно измерениям, четыре спутника Кластера сообщили в 2004 году о существовании крупномасштабной турбулентности - вихрей шириной до 40 000 километров на фланге «магнитопаузы». (пограничный слой, отделяющий магнитосферу от свободного пространства). Новое открытие «микро» Турбулентность, имеющая вихри в поперечнике всего 100 километров, является первой в исследовании плазмы, окружающей Землю.
Кластер: беспрецедентный инструмент диагностики
Такое открытие очень актуально. Например, он позволяет ученым начать связывать мелкую и крупномасштабную турбулентность и задаться вопросом, как она на самом деле формируется и каковы связи. Например, каковы основные механизмы, движущие и формирующие турбулентность? Насколько вихри способствуют переносу массы и энергии через пограничные слои? Нужны ли маленькие вихри для создания больших? Или, с другой стороны, большие вихри рассеивают свою энергию и создают каскад меньших?
Пытаясь ответить на эти вопросы, Cluster является беспрецедентным диагностическим инструментом для первой трехмерной карты околоземной среды, его исключительность обеспечивается одновременными наблюдениями на нескольких космических аппаратах. Кластер революционизирует наше понимание путей и механизмов воздействия солнечной активности на Землю.
Кроме того, изучение Кластером турбулентности в плазме Земли с учетом динамики и энергий способствует развитию фундаментальных теорий о плазме. Это важно не только в астрофизике, но и в том, что касается понимания и обращения с плазмой в лабораториях с учетом высоких энергий. Это особенно актуально для исследований в области ядерного синтеза.
Например, данные Кластера дополняют исследования по физике плазмы в рамках международного проекта ИТЭР, экспериментального шага с участием нескольких исследовательских институтов по всему миру для будущих электростанций, производящих электричество. В этом отношении, исследуя магнитосферу, Кластер имеет свободный доступ к единственной открытой «естественной лаборатории». для изучения физики плазмы.
Источник: ESA Portal
