Астрономія
Астрономія

В іоносфері Землі вперше зареєстрували ураган плазми

Дослідники зафіксували ураган із сильними горизонтальними круговими потоками плазми в іоносфері, який спричинив північне сяйво під впливом «опадів» з електронів. Вчені описали його характеристики та механізм утворення у статті в журналі Nature Communications.

Художнє зображення космічного урагану. Qing-He Zhang et al.

Художнє зображення космічного урагану. Qing-He Zhang et al.

Які урагани можуть траплятися на Землі?

Урагани приносять значні руйнування через сильний вітер та повені. Вони характеризуються центром низького тиску (так зване око урагана), сильним вітром та спіральним розташуванням високих хмар із сильними дощами. Такі природні явища астрономи помічали і на інших планетах, проте усі вони відбувалися у нижніх шарах атмосфер. Хоча полярні сяйва часто приймають вихрову структуру, розвиваючись від дугоподібного шлейфу у дві або більше спіралей діаметром близько 50 кілометрів, вони не інтенсивні і не мають типових для ураганів рис. Урагани асоціюється з сильним транспортуванням енергії та маси, тому такі явища у верхніх шарах Землі повинні бути потужними і ефективно передавати енергію та імпульс сонячного вітру в іоносферу Землі.

Що зафіксували дослідники?

Проаналізувавши дані супутників, вчені виявили, що 20 серпня 2014 року в іоносфері над Північним полюсом з’явилося циклоноподібне полярне сяйво діаметром понад 1000 кілометрів. Воно мало кілька рукавів та оберталося проти годинникової стрілки. Космічний ураган тривав близько восьми годин та поступово вщух, коли міжпланетне магнітне поле повернуло у південному напрямку. Дослідники створили тривимірне моделювання урагану, щоб краще його проаналізувати.

Схема космічного урагану та механізм його формування. Qing-He Zhang et al.

Схема космічного урагану та механізм його формування. Qing-He Zhang et al.

Ураган демонструє сильний круговий горизонтальний потік плазми із зсувами. Він мав око — центр із майже нульовими потоками. Інтенсивні струми, спрямовані вгору, спричинили сильні «опади» електронів. Поблизу центру такі електрони істотно прискорювались до енергії близько 10 кілоелектронвольт, тоді як на краях ця цифра була в 10 разів меншою. Таким чином, цей ураган передав значну кількість енергії та імпульсу в іоносферу. Ураган сформувався внаслідок магнітного перез’єднання ліній міжпланетного магнітного поля та ліній магнітного поля Землі. Явище з'явилося, коли густина та швидкість сонячного вітру були низькими, а міжпланетне магнітне поле спрямовувалося на північ, хоча раніше вважалося, що за таких умов передача енергії сонячного вітру та плазми в магнітосферу та іоносферу дуже слабка.

Чому це важливо?

Космічний ураган відкриває швидкий канал передачі енергії з космосу в іоносферу та термосферу, і, як очікується, може призводити до важливих космічних погодних ефектів. Це впливатиме на роботу супутників, радіозв’язок та системи навігації. Крім того, ймовірно, такі явища є універсальними та можуть відбуватися в інших тілах з магнітним полем у Всесвіті ( наприклад, на планетах та їхніх супутниках). Процес також може мати важливе значення для взаємодії міжзоряних вітрів та інших планетних систем.

іоносферу
Іонізовані верхні шари атмосфери Землі на висоті від 50 кілометрів
магнітного перез’єднання
Фізичний процес, що відбувається у плазмі, коли лінії магнітного поля з різних магнітних доменів сходяться разом та перебудовуються. При цьому магнітна енергія перетворюється на кінетичну, теплову енергію та сприяє прискоренню частинок