Магнитосфера — это область пространства, где доминирует магнитное поле Земли. Наблюдения показали, что в этой области действует электрическое поле от утренней стороны к вечерней, если смотреть с Земли. Это крупномасштабное электрическое поле считается ключевым фактором различных возмущений, таких как геомагнитные бури.
Пересмотр представлений о заряде в магнитосфере
Ранее считалось, что магнитосфера заряжена положительно на утренней стороне и отрицательно на вечерней. Однако недавние спутниковые наблюдения показали, что полярность на самом деле противоположная.
Эта находка побудила группу исследователей из университетов Киото, Нагоя и Кюсю пересмотреть основные механизмы работы магнитосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Моделирование и подтверждение наблюдений
Используя крупномасштабное магнитогидродинамическое (МГД) моделирование, исследовательская группа воспроизвела условия околоземного космического пространства, предполагая устойчивый высокоскоростной поток плазмы от Солнца, известный как солнечный ветер. Результаты моделирования подтвердили недавние наблюдения: отрицательная зарядка происходит на утренней стороне, а положительная — на вечерней, но не везде.
В полярных регионах полярность остаётся в соответствии с традиционным пониманием. Напротив, в экваториальной области она обратна на обширной территории.
«В традиционной теории полярность заряда в экваториальной плоскости и над полярными регионами должна быть одинаковой. Почему же мы наблюдаем противоположные полярности между этими регионами? Это можно объяснить движением плазмы», — говорит автор исследования Юсуке Эбихара из Киотского университета.
Движение плазмы и магнитное поле
Поступающая в магнитосферу магнитная энергия, исходящая от Солнца, циркулирует по часовой стрелке на вечерней стороне и течёт к полярным регионам.
С другой стороны, магнитное поле Земли направлено от Южного полушария к Северному, что означает, что оно направлено вверх вблизи экваториальной плоскости и вниз над полярными регионами. Следовательно, относительная ориентация между движением плазмы и магнитным полем меняется между этими регионами.
«Электрические силы и распределение заряда являются результатом, а не причиной движения плазмы», — говорит Эбихара.
Конвекция, описывающая поток плазмы в магнитосфере, является основным фактором различных явлений космической среды. Недавние исследования также подчеркнули её косвенную роль в модуляции радиационных поясов: регионов, населённых частицами с высокой энергией, движущимися со скоростью, близкой к скорости света.
Эти результаты способствуют лучшему пониманию фундаментальной природы крупномасштабных потоков плазмы в космосе. Поскольку эти явления играют решающую роль в изменчивости космической среды, данное исследование также даёт представление об окружающей среде планет вокруг намагниченных планет, таких как Юпитер и Сатурн.
Предоставлено Киотским университетом.