Тысячи миль над Землей, космическая погода правит. Это, казалось бы, пустое и одинокое место - место, где тайна, называемая «холодной плазмой», была найдена в изобилии и может иметь последствия для нашей связи с Солнцем. Несмотря на то, что он остался практически скрытым, шведские исследователи создали новый метод измерения этих холодных заряженных ионов. Имея свидетельства, о которых уже не раз думали, эти новые находки вполне могут дать нам подсказку о том, что происходит вокруг других планет и их естественных спутников.
«Чем больше вы ищете низкоэнергетических ионов, тем больше вы найдете», - сказал Матс Андре, профессор космической физики в Шведском институте космической физики в Упсале, Швеция, и руководитель исследовательской группы, результаты которой были приняты для публикация в журнале Geophysical Research Letters, журнале Американского геофизического союза. «Мы не знали, сколько там было. Это даже больше, чем я думал.
Откуда эта загадка? Низкоэнергетические ионы начинаются в верхней части нашей атмосферы, называемой ионосферой. Здесь солнечная энергия может отделять электроны от молекул, оставляя атомы, такие как кислород и водород, с положительным зарядом. Однако физически найти эти ионы было проблематично. В то время как исследователи знали, что они существуют на высоте около 100 километров (60 миль), Андре и его коллега Крис Калли установили свои сайты выше - между 20 000 и 100 000 км (от 12 400 до 60 000 миль). На краю количество холодных ионов варьируется от 50 до 70% ... и составляет большую часть массы пространства.
Однако, это не единственное место, где была найдена холодная плазма. По данным спутниковых исследований и расчетам, в некоторых высотных зонах постоянно находятся низкоэнергетические ионы. Как ни странно, команда также обнаружила их на высоте 100 000 км! По словам Андре, обнаружение такого количества относительно холодных ионов в этих регионах вызывает удивление, потому что от солнечного ветра на больших высотах Земли исходит столько энергии - горячая плазма примерно в 1000 раз горячее, чем то, что Андре считает холодным. Как холодно? «Низкоэнергетические ионы имеют энергию, которая соответствовала бы примерно 500 000 градусов по Цельсию (около одного миллиона градусов по Фаренгейту) при типичных плотностях газа, найденных на Земле. Но поскольку плотность ионов в космосе очень мала, спутники и космические корабли могут вращаться по орбите, не загораясь ».
Выявление этих низкоэнергетических ионов и измерение количества вещества, покидающего нашу атмосферу, было труднодостижимой задачей. Мастерская Андре является спутником и одним из четырех космических кораблей Европейского космического агентства CLUSTER. В нем находится детектор, созданный из тонкого провода, который измеряет электронное поле между ними во время вращения спутника. Однако, когда данные были собраны, исследователи обнаружили пару загадок - сильные электрические поля в неожиданных областях пространства и электрические поля, которые не колебались равномерно.
«Для ученого это выглядело довольно уродливо», - сказал Андре. «Мы попытались выяснить, что случилось с инструментом. Тогда мы поняли, что с инструментом все в порядке ». То, что они нашли, открыло глаза. Холодная плазма меняла расположение электрических полей, окружающих спутник. Это заставило их понять, что они могут использовать свои полевые измерения для проверки наличия холодной плазмы. «Это умный способ превратить ограничения детектора на базе космического корабля в активы», - сказал Томас Мур, старший научный сотрудник миссии НАСА по работе с магнитосферными многомасштабами НАСА в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. Он не был вовлечен в новое исследование.
С помощью этих новых методов наука может измерить и нанести на карту оболочку холодной плазмы Земли - и узнать больше о том, как меняется как горячая, так и холодная плазма в экстремальных условиях космической погоды. Это исследование указывает на лучшее понимание атмосферы, отличной от нашей. В настоящее время новые измерения показывают, что примерно килограмм (два фунта) холодной плазмы вылетает из атмосферы Земли каждую секунду. Имея твердую фигуру в качестве основы для скорости потерь, ученые могут моделировать то, что стало с атмосферой Марса, или объяснить атмосфера вокруг других планет и лун. Это также может помочь в более точном прогнозировании космической погоды, даже если оно не оказывает непосредственного влияния на окружающую среду. Это ключевой игрок, даже если он не наносит сам ущерб. «Возможно, вы захотите узнать, где находится область низкого давления, чтобы предсказать шторм», - отметил Андре.
Модернизация прогнозирования космической погоды туда, где он похож на обычное прогнозирование погоды, «даже отдаленно невозможна, если вы упускаете большую часть своей плазмы», сказал Мур из НАСА. Теперь, благодаря способу измерения холодной плазмы, цель качественных прогнозов на шаг ближе. «Это то, что мы не могли видеть и не могли обнаружить, а затем внезапно мы смогли его измерить», - сказал Мур о низкоэнергетических ионах. «Теперь вы можете изучить его и посмотреть, согласен ли он с теориями».
Оригинальная история Источник: пресс-релиз Американского геофизического союза. Для дальнейшего чтения: Низкоэнергетические ионы: ранее скрытая популяция частиц солнечной системы.
