За допомогою даних супутників Європейського космічного агентства Swarm, вчені з’ясували, що потоки сонячного вітру впливають на Землю не симетрично, а більше обирають її Північний полюс. Астрономи пов’язують це явище зі зміщенням магнітного диполя від центру планети, створюючи різне відносне сонячне освітлення північного та південного полярного поясів. Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Communications.
Супутник ESA Swarm / ESA/ATG Medialab
Звідки віє сонячний вітер?
Якщо ваша планета має магнітне поле, то найімовірніше у планети буде магнітосфера, а з нею і полярні сяйва. Магнітне поле є масштабною пасткою для заряджених частинок, тому подібні явища спостерігаються не лише на Землі, а і на Марсі та полярних регіонах газових гігантів Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. Захоплені магнітосферою заряджені частинки сонячного вітру рухаються уздовж силових ліній магнітного поля і на полюсах, де стрілка компаса вказує прямовисно вниз, проникають в більш глибокі і щільні шари атмосфери. Там вони взаємодіють із молекулами газів, які збуджуються та випромінюють енергію вже у вигляді квантів світла, утворюючи полярні сяйва.
Довгий час вчені припускали, що полярні сяйва Північної півкулі мають бути ідентичними сяйвам у Південній. І це логічно, бо якщо магнітне поле симетрично щодо полюсів, то і полярні сяйва мають утворюватися симетрично. Втім, у Північній півкулі влітку на світанку спостерігаються області особливо інтенсивного сяйва, а от у Південній навпаки ці регіони видно взимку перед заходом. Однак, незважаючи на цю сезонну асиметрію між формами полярних сяйв і інтенсивністю їхнього випромінювання, середній внесок енергії в іоносферу вважався симетричним, тобто передбачалося, що обох півкуль обов’язково досягне однакова кількість електромагнітної енергії. Нові дані з’ясували, що потоки енергії віддають перевагу Півночі.
Чи впливає це якось на нас?
Окрім впливу на космічну погоду, викинуті потоки енергії Сонця, наприклад, під час спалахів, можуть сягати Землі і впливати на космічні апарати і супутники, викликати порушення GPS-сигналів. Тому вивчення фізики особливостей нашого магнітного поля стане в нагоді для створення систем раннього попередження і проєктування електричних мереж, здатних протистояти викликам Сонця. У своїй роботі вчені підкреслюють, що ефекти цієї асиметрії можуть вказувати на можливу асиметрію космічної погоди, а також впливати на динаміку хімічного складу верхніх шарів атмосфери між півкулями, особливо під час геомагнітної активності.
Чому саме Північ?
Сонячно-земна взаємодія включає передачу енергії з магнітосфери в іоносферу і атмосферу, і критичним компонентом цієї взаємодії є масштабні поздовжні струми, які течуть у відповідь на вплив сонячного вітру та пов'язані з конвекційними потоками плазми в магнітосфері. Струми течуть вздовж ліній магнітного поля і провокують так зване магнітне перез’єднання, коли протилежно напрямлені лінії поля роз’єднуються і знову замикаються через шар електричного струму, що виник між ними. Ці струми виникають та динамічно змінюються через дію альфвенівських хвиль, які спроможні підсилювати магнітне поле, а також переносити його на значні відстані. Нещодавні дослідження показали, що у середньому за рік ці потоки струму в областях полярних сяйв сильніші на Півночі.
Вчені припускають, що така різниця пояснюється зміщенням магнітного диполя від центру Землі, що призводить до більшого розділення між магнітним полюсом і віссю обертання на півдні, створюючи різну сонячну освітленість північних і південних регіонів полярних сяйв. Дані супутників Swarm вчені використовували для дослідження активності електричного і магнітного поля для обчислення щільності потоку енергії і оцінки реакції космічної погоди на вплив сонячного вітру. Вони і підказали, що магнітне поле не лише захищає Землю від сонячного випромінювання, але і активно контролює розподіл і передачу енергії у верхні шари атмосфери.