Секрет полярного сияния почти раскрыт

Удивительным природным явлением, которое можно увидеть только в Арктике, ученые интересовались всегда. Но только сейчас удалось немного приблизиться к разгадке появления в небе полярного сияния.

Ученые впервые воспроизвели в лаборатории процесс, в результате которого происходит полярное сияние. Описание их эксперимента опубликовал научный журнал Nature Communications.

Считается, что Полярные сияния возникают в результате взаимодействия магнитосферы Земли и электронов из солнечного ветра. Когда магнитное поле Земли захватывает эти частицы, они начинают двигаться вдоль его силовых линий. В результате эти электроны проникают в атмосферу у полюсов планеты, откуда эти линии выходят в космос. Там они сталкиваются с молекулами азота и кислорода, в результате чего возникает сине-зеленое свечение.

Пока ученые не знают доподлинно, что разгоняет электроны при сближении с атмосферой и как именно они проникают в ее нижние слои.

Американские физики воспроизвели этот процесс в лаборатории с помощью специального генератора плазмы. Свое исследование они основывали на теории, которую в 1947 году сформулировал советский физик Лев Ландау. Он обнаружил, что благодаря взаимодействию между электромагнитными волнами и разнородным набором заряженных частиц внутри облака плазмы те электроны, которые изначально двигались медленнее самой волны, будут разгоняться. Источником подобных колебаний в атмосфере Земли могут быть так называемые «альвеновские волны». Так ученые называют низкочастотные электромагнитные колебания, которые возникают в ионосфере в результате взаимодействия с магнитным полем планеты. 

Руководствуясь подобными соображениями, профессор Университета штата Айова Крейг Клетцинг и его коллеги воссоздали условия низкой околоземной орбиты и верхних слоев ионосферы над полюсами и проследили за взаимодействиями альвеновских волн и электронов высоких энергий.

Оказалось, что около 0,1% электронов действительно резко ускорилась в результате взаимодействий с альвеновскими волнами, которые предсказывает теория Ландау. Этого ускорения, по словам ученых, должно хватать, чтобы электроны могли проникнуть в нижние слои ионосферы и столкнуться там с атомами и молекулами азота и кислорода.

Физики надеются, что дальнейшие опыты помогут им детально изучить, как именно электроны ускоряются. Благодаря этому можно будет узнать другие механизмы возникновения и исчезновения полярных сияний. Это, в свою очередь, позволит ученым лучше понимать результаты измерений космических зондов, которые изучают свойства радиационных поясов и магнитного поля Земли.

По материалам https://nauka.tass.ru/nauka/11588385