Доказано загадочное происхождение северного сияния

«Измерения показали, что эта небольшая группа электронов подвергается« жужжащему ускорению »электрическим полем двухтысячной волны, подобно тому, как серфер ловит волну и постоянно ускоряется, когда серфер движется вместе с волной», — сказал Грег Хоуз. , доцент кафедры. Он имеет докторскую степень по физике и астрономии в Университете Айовы и является соавтором исследования.

Идея «серфинга» электронов в электрическом поле — теория, впервые представленная в 1946 году русским физиком Львом Ландау, названным в честь затухания Ландау. Его теория теперь доказана.

Воссоздавая северное сияние

На протяжении десятилетий ученые понимали, как может формироваться полярное сияние, но теперь они смогли впервые смоделировать его в лаборатории Большого плазменного устройства (LPD) в центре изучения плазмы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Ученые использовали 20-метровую камеру для воссоздания магнитного поля Земли с помощью мощных катушек магнитного поля на UCLA LPD. Внутри камеры ученые создали плазму, аналогичную той, что находится в околоземном космическом пространстве.

«Используя специально разработанную антенну, мы направили на устройство две тысячи волн, точно так же, как быстро раскачивали садовый шланг вверх и вниз, наблюдая, как волна движется по шлангу», — сказал Хоус. Когда они начали экспериментировать с «перемещением» электронов вдоль волны, они использовали другой специализированный инструмент, чтобы измерить, как эти электроны получают энергию от волны.

Хотя эксперимент не воссоздал красочную вспышку, которую мы видим в небе, «наши измерения в лаборатории четко согласовывались с предсказаниями компьютерного моделирования и математических расчетов, доказывая, что электроны, перемещающиеся на двухтысячных волнах, могут ускорять электроны (до скорости 45 миллионов миль в час), вызывающих сумерки, — сказал Хоус.

«Эти эксперименты позволяют нам провести ключевые измерения, которые показывают, что космические измерения и теории действительно объясняют основной способ формирования полярного сияния», — сказал соавтор исследования Крейг Клитцинг.

Ученые-космонавты по всей стране были рады услышать эту новость. «Я был так взволнован! Очень редко можно увидеть лабораторный эксперимент, подтверждающий теорию или модель, относящуюся к космической среде», — сказал Патрик Кон, ученый из отдела гелиофизики НАСА. «Пространство слишком велико, чтобы его можно было легко смоделировать в лаборатории».

Кун считает, что возможность понять механизм ускорения электронов, вызывающих полярное сияние, будет полезен во многих будущих исследованиях.

«Это помогает нам лучше понимать космическую погоду! Механизм ускорения электронов, проверенный в рамках этого проекта, работает в других частях Солнечной системы, поэтому он найдет множество применений в космической физике. Он также будет полезен для предсказания космической погоды», — сказал Кун в Электронное письмо в CNN NASA очень интересно «.

И еще долгий путь

Теперь, когда теория создания светящегося полярного сияния доказана, предстоит еще долгий путь в предсказании силы каждого шторма.

«Предсказать, насколько сильной будет данная геомагнитная буря, на основе наблюдений за Солнцем и измерений с космического корабля между Землей и Солнцем, остается нерешенной проблемой», — сказал Хоус в электронном письме.

«Мы установили связь между электронами, плавающими на двух тысячах волн на высоте 10 000 миль над поверхностью Земли, и теперь мы должны научиться предсказывать силу этих двух тысяч волн, используя наблюдения космического корабля», — добавил он.