Новое исследование под руководством доктора Майкла Стэрки из Научно-исследовательского института Southwest (SwRI) предоставило доказательства наблюдений за pickup-ионами (PUIs) и связанной с ними волновой активностью в среде солнечного ветра вблизи Земли. Миссия MMS, запущенная NASA в 2015 году, разместила четыре космических аппарата на орбите для наблюдения за магнитосферой Земли — магнитным полем вокруг планеты, которое защищает её от вредного солнечного и космического излучения.
Статья «First MMS Observations of Waves Possibly Generated by PUIs Near Earth» опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Pickup-ионы (PUIs) образуются, когда нейтральные частицы, проходящие через гелиосферу, ионизируются в солнечном ветре. Эти PUIs увлекаются солнечным ветром и вращаются вокруг локального магнитного поля, образуя отдельную популяцию плазмы с характеристиками, отличными от типичных для солнечного ветра.
В ходе наблюдений было обнаружено, что PUIs имеют типичное распределение скоростей, без каких-либо других значительных популяций энергичных ионов или электронов. Волновая активность была идентифицирована с использованием данных о магнитном поле от MMS в сочетании с теоретическим анализом ожидаемых режимов роста волн на основе моделей наблюдаемых PUIs.
«Результаты этого исследования показывают, что PUIs действительно могут генерировать волны в солнечном ветре вблизи Земли, и мотивируют необходимость дальнейших статистических исследований этих процессов», — сказал Стэрки. «Возможно, PUIs играют более значительную роль в нагреве и термализации солнечного ветра вблизи Земли, чем считалось ранее, что будет иметь большое значение для моделей солнечного ветра во всей гелиосфере».
Моделируя отдельные ионные компоненты (солнечный ветер и PUIs), авторы определили, какие популяции могут быть ответственны за наблюдаемую волновую активность. Они пришли к выводу, что наблюдаемые волны, вероятно, были сгенерированы гелием и/или водородом PUIs, но из-за ограничений приборов они не смогли точно определить конкретный вид ионов.
На больших расстояниях от Солнца относительная плотность PUIs в солнечном ветре увеличивается, что усиливает их вклад в нагрев и термализацию солнечного ветра посредством волновых взаимодействий с частицами. На внешних границах Солнечной системы PUIs вносят значительный вклад в общее динамическое давление солнечного ветра, что имеет большое значение для физических процессов, происходящих на фронте ударной волны и в гелиопаузе.
«Вблизи Земли интенсивность PUIs относительно низка, и поэтому обычно предполагается, что их вклад во взаимодействие волн с частицами в солнечном ветре незначителен», — добавил Стэрки. «Если это предположение неверно, то нынешние теории и модели солнечного ветра и его эволюции во всей гелиосфере необходимо обновить».
Предоставлено: Southwest Research Institute.