За първи път физици потвърдиха енигматичните вълни, предизвикващи полярните сияния
Танцуващите светлинки на полярните сияния съставляват един от най-красивите небесни спектакли. Въпреки това учените към момента не познават този феномен напълно.
Знаем, че тези сияния се образуват от заредени частици от слънчевия вятър, ускорени по линиите на земното магнитно поле в по-високите географски ширини. Оттам те падат в горната атмосфера и стартират да си взаимодействат с частиците в нея. Именно това образува невероятната светлинна завеса, блещукаща на небосвода.
Сега за първи път учени демонстрираха и потвърдиха механизма, по който частиците се форсират. Как? Като пресъздадоха процеса в лабораторни условия. Както и предполагахме, мощни електромагнитни талази, известни като талази на Алфвен, форсират електроните по линиите на магнитното поле.
„ Идеята, че тези талази могат да възбудят електроните, които основават сиянията, датира отпреди повече от четири десетилетия. Това обаче е първият път, в който съумяваме да потвърдим, че това в действителност е по този начин – споделя физикът Крейг Клейцинг от Университета на Айова. – Тези опити ни разрешават да правим основните измервания, които ни демонстрират, че галактическите измервания и доктрина в действителност изясняват главния метод, по който сиянията се образуват. “
Източник: Austin Montelius, College of Liberal Arts and Sciences, University of Iowa
Отдавна знаем за съществуването на вълните на Алфвен. За първи път те са разказани от шведския електроинженер Ханс Алфвен през 1942-ра – съгласно него това са напречни талази в така наречен електрическа течност, които се популяризират по линиите на магнитното поле. Тези талази са значим механизъм за преместването на сила и импулси в магнитохидродинамичните системи. Т.е. – могат да форсират частици.
Вълните на Алфвен са следени в линиите на земното магнитно поле. Космическите апарати са ги засичали и над полярните сияния. Всеобщото разбиране е, че вълните на Алфвен играят роля в ускорението на електроните в тези сияния. Но каква тъкмо? Това към този момент е по-сложен въпрос.
Ето за какво екип от учени, ръководени от физика Джим Шрьодер от колежа „ Уитън “ употребяват така наречен Голямо плазмено устройство (LAPD) на Калифорнийския университет – Лос Анджелис, с цел да проучат феномена по-отблизо. Това е цилиндрична празнина с мощно магнитно поле, дълга 20 м и с диаметър 1 м.
“При този провокационен опит се правят измервания на една доста дребна популация от електрони, движещи се през кухината на LAPD – скоростта им е съвсем идентична на тази на вълните на Алвен, а броят им е по-малко от 1 на 1000 по отношение на електроните в плазмата “, споделя физикът Трой Картър от Калифорнийския университет – Лос Анджелис.
Екипът генерира талази на Алфвен в плазма в LAPD и по едно и също време с това мери разпределението на скоростта на електроните при условия, сходни с тези при образуването на полярните сияния. Учените откриват, че вълните на Алфвен придвижват сила към електроните в резонанс с вълните – това е скорост, сходна с фазовата скорост на вълните.
„ Изчисленията демонстрират, че с помощта на електрическото поле на вълните на Алфвен тази дребна популация претърпява „ резонантно ускоряване “ – съвсем като сърфист, който яхва вълна и стартира да се форсира последователно, до момента в който се придвижва по нея “, изяснява физикът Грег Хаус от Университета на Айова.
Този развой е прочут като затихване на Ландау, защото прехвърлянето на сила от вълните към частицата „ успокоява “ вълната, което от своя страна предотвратява евентуална неустойчивост. Според разбора на екипа сигнатурата, създадена от скоростта на електроните, е таман онази, която следим и при затихването на Ландау, което значи, че е настъпило резонантно ускоряване.
След като съпоставят своите резултати с модел на сиянието, екипът съумява да показва, че степента на енергизиране на електроните е консистентна със затихването на Ландау в действителните условия.
Изследването е оповестено в Nature Communication.
