Набросок различных областей в магнитосфере Земли. нажмите, чтобы увеличить
Кластерные космические аппараты ЕКА находились в нужном месте в нужное время, когда они пролетали через область магнитного поля Земли, которая ускоряет электроны примерно до 1/100 скорости света. Область называется областью диффузии электронов; граница толщиной всего в несколько километров между магнитным полем Земли и Солнцем. В течение часа космический корабль был охвачен областью диффузии электронов, поскольку солнечный ветер заставлял этот слой двигаться вперед и назад.
Спутниковые спутники ЕКА пролетели через области магнитного поля Земли, которые ускоряют электроны примерно до одной сотой скорости света. Наблюдения знакомят ученых Кластера с их первым обнаружением этих событий и дают им взгляд на детали универсального процесса, известного как магнитное пересоединение.
25 января 2005 года четыре космических корабля Кластера оказались в нужном месте в нужное время: область пространства, известная как область диффузии электронов. Это граница толщиной всего в несколько километров, которая проходит на высоте примерно 60 000 километров над поверхностью Земли. Он отмечает границу между магнитным полем Земли и Солнцем. Магнитное поле Солнца переносится на Землю ветром электрически заряженных частиц, известным как солнечный ветер.
Область диффузии электронов похожа на электрический переключатель. Когда он переворачивается, он использует энергию, запасенную в магнитных полях Солнца и Земли, чтобы нагреть электрически заряженные частицы в его окрестностях с большими скоростями. Таким образом, он инициирует процесс, который может привести к созданию полярного сияния на Земле, где быстро движущиеся заряженные частицы сталкиваются с атомами атмосферы и заставляют их светиться.
У областей диффузии электронов есть и более зловещая сторона. Ускоренные частицы могут повредить спутники, сталкиваясь с ними и вызывая накопление электрических зарядов. Эти короткие и разрушают чувствительное оборудование.
Девятнадцать раз за час квартет Кластера оказывался в области диффузии электронов. Это было потому, что солнечный ветер защищал пограничный слой, заставляя его двигаться вперед и назад. Каждое пересечение области диффузии электронов длилось всего 10-20 миллисекунд для каждого космического корабля, и все же уникальный прибор, известный как прибор дрейфа электронов (EDI), был достаточно быстрым для измерения ускоренных электронов.
Наблюдение важно, потому что оно обеспечивает наиболее полные измерения области диффузии электронов. «Даже самые лучшие компьютеры в мире не могут моделировать области диффузии электронов; у них просто нет вычислительной мощности, чтобы это сделать », - говорит Форрест Мозер из Калифорнийского университета в Беркли, который руководил исследованием данных кластера.
Данные предоставят неоценимую информацию о процессе магнитного переподключения. Это явление происходит во всей Вселенной в разных масштабах, везде, где есть запутанные магнитные поля. В этих сложных ситуациях магнитные поля иногда коллапсируют в более стабильные конфигурации. Это пересоединение и высвобождение энергии через области диффузии электронов. На Солнце магнитное воссоединение вызывает солнечные вспышки, которые иногда выделяют огромное количество энергии над солнечными пятнами.
Эта работа также может иметь важное значение для решения энергетических потребностей на Земле. Ядерные физики, пытающиеся создать термоядерные генераторы, пытаются создать стабильные магнитные поля в своих реакторах, но страдают от событий повторного соединения, которые разрушают их конфигурации. Если процесс переподключения можно будет понять, возможно, станут понятны пути его предотвращения в ядерных реакторах.
Однако это все еще лежит в будущем. «Нам нужно сделать гораздо больше научных исследований, прежде чем мы полностью поймем пересоединение», - говорит Мозер, чья цель сейчас состоит в том, чтобы понять, какие условия солнечного ветра вызывают события пересоединения и связанные с ними области диффузии электронов, видимые кластером.
Источник: ESA Portal
