Откуда берутся магнитные бури?

С помощью спутников системы «Cluster» Европейского космического агентства ученые выяснили, почему над Землей сверкает полярное сияние и бушуют магнитные бури.

Китайский ученый Джинбин Као (Jinbin Cao, Key Laboratory of Space Weather) вместе с американскими и европейскими коллегами изучал данные, собранные во время экспедиций спутников «Cluster». Больше всего исследователей интересовало, как рождались и развивались магнитные бури в центральной области магнитосферы Земли. За два года (2001-й и 2002-й) они насчитали 67 так называемых суббурь в центральной области магнитосферного хвоста (область космоса на ночной стороне Земли, где частицы солнечного ветра вытягивают у земного магнитного поля длинный хвост).

Магнитосфера, самая далекая земная оболочка, закрывает планету от космического излучения. Она образуется благодаря взаимодействию плазмы солнечного ветра с магнитным полем Земли. Энергия частиц солнечного ветра, проникающих в магнитосферу, высвобождается в виде последовательных взрывов — так называемых магнитных суббурь. Они продолжаются пару часов и выбрасывают электроны и другие заряженные частицы в сторону Земли. При этом мы можем наблюдать прекрасное шоу из света в высоких широтах Северного и Южного полушария. Вызывают их в основном энергетические электроны, которые скользят по спирали вдоль силовых линий магнитного поля Земли и сталкиваются с атомами в атмосфере на высоте около ста километров. Эти же суббури возбуждают ионосферу Земли и отвечают за возникновение и развитие магнитных бурь, которые мешают приему GPS- сигналов и системе связи между Землей и спутниками.

Но каким образом частицы высоких энергий направляются к Земле? Какую роль в этом играют так называемые BBFs? Это высокоскоростные потоки наэлектризованного газа или всплесковые высокоскоростные течения плазмы (bursty bulk flows) в магнитном поле Земли. Они переносят огромное количество массы и энергии, являясь источником магнитных возмущений, несущихся к Земле во время магнитных бурь со скоростью более трехсот километров в секунду. BBFs были открыты в восьмидесятые годы прошлого века и стали одним из кандидатов на объяснение этого механизма.

Собственно, только теперь Као с коллегами подтвердил эту гипотезу. Обнаруженные ими 67 суббурь сопровождали 209 всплесков (BBFs). «Впервые можно смело утверждать, что все суббури сопровождаются BBFs», — заявил ученый.

Есть и другой важный результат этой работы: оказалось, что BBFs в среднем продолжаются в два раза дольше, чем считали раньше, а именно, около 18 минут 25 секунд.