Мисия Клъстер измерва турбулентността в земната магнитна среда

Мисия Клъстер измерва турбулентността в земната магнитна среда

Илюстрацията показва клъстери на космически кораби (по-горе) и THEMIS (по-долу), летящи през магнитното поле на земята (турбулентна гранична област между слънчевия вятър и магнитосферата на нашата планета).

За първи път учените успяха да определят колко енергия се прехвърля от големи към малки мащаби в магнитното поле - граничната област между слънчевия вятър и защитния магнитен балон на нашата планета. Данните са събрани от клъстера и THEMIS в продължение на няколко години. Анализът показа, че турбулентността е ключът, което прави процеса 100 пъти по-ефективен от слънчевия вятър.

Планетите на нашата система се измиват от слънчевия вятър - свръхзвуков поток от високоенергийни заредени частици, освободен от главната звезда. Няколко планети, включително и нашата, се открояват, защото имат магнитно поле - пречка за слънчевия вятър.

Това е контактът между магнитното поле на Земята и звездния вятър, който създава сложната структура на магнитосферата. Това е защитен балон, който предпазва планетата от повечето опасни частици. Учените са в състояние да проучат достатъчно физическите процеси в плазмата на слънчевия вятър и магнитосферата. Но все още има въпроси за връзката между тези две медии и турбулентния регион, наречен магнитохрана.

За да разберем как енергията се предава от слънчевия вятър към магнитосферата, трябва да разберем какво се случва в магнитното поле. В звездния вятър турбуленцията засяга разсейването на енергия от големи към малки скали, където плазмените частици се нагряват и ускоряват до по-високи енергии.

Имаше подозрения, че същият механизъм трябва да работи за магнитното покритие, но това не можеше да се провери. Плазмата на магнитосферата е по-турбулентна, тя е по-изложена на флуктуации на плътността и по-сгъстена от слънчевия вятър. Затова учените само през последните години успяха да развият теоретични граници за изучаване на физични процеси в подобна среда.

Мисия Клъстер измерва турбулентността в земната магнитна среда

Схематична илюстрация на процеса на енергийната каскада в турбулентна плазма, наблюдавана в магнитния слой на Земята

Учените проучиха обема на информацията, получена от клъстера мисии и THEMIS през 2007-2011. Прилагайки новосъздадените теоретични инструменти, те получиха невероятен резултат. Оказа се, че плътността и магнитните флуктуации, причинени от турбулентността в магнитосферата, увеличават скоростта, с която енергията пада от големи към по-малки скали 100 пъти по-ефективна, отколкото при слънчевия вятър. Анализът показва, че приблизително 10-13 J енергия на m 3 се предава всяка секунда. В допълнение, изследователите са получили емпирична корелация, свързваща скоростта на разсейване на енергия в магнитното покритие с четвърта мощност с различна величина, използвана за изследване на движението на течности (турбулентно число на Мах).

Скоростта е трудно да се определи дали космическите сонди не се използват, но числото на Мах е по-лесно да се изчисли, като се използват дистанционни наблюдения на астрофизична плазма, разположена извън границите на планетата.

Учените очакват да сравнят своите открития с измерванията на плазмата около други слънчеви планети. Това е възможно за мисиите на Джуно (Юпитер) и бъдещите полети до спътниците на Юпитер, както и за БепиКоломбо.

Коментари (0)
Популярни статии
Търсене