Fizycy potwierdzają skuteczność teorii wzrostu fal w przestrzeni

Zespół z Uniwersytetu Nagoya w Japonii po raz pierwszy zaobserwował przenoszenie energii z rezonansowych elektronów na gwiżdżące fale w przestrzeni.

Ich odkrycia dostarczają bezpośrednich dowodów na zakładany wcześniej efektywny wzrost, zgodnie z przewidywaniami teorii nieliniowego wzrostu fal. Powinno to poprawić nasze zrozumienie nie tylko fizyki plazmy kosmicznej, ale także pogody kosmicznej, zjawiska, które wpływa na satelity.

Kiedy ludzie wyobrażają sobie przestrzeń kosmiczną, często wyobrażają sobie ją jako idealną pustkę. W rzeczywistości to wrażenie jest błędne, ponieważ próżnia jest wypełniona naładowanymi cząstkami. Głęboko w kosmosie gęstość naładowanych cząstek staje się tak niska, że ​​rzadko zderzają się one ze sobą. Zamiast kolizji, siły związane z polami elektrycznymi i magnetycznymi wypełniającymi przestrzeń kontrolują ruch naładowanych cząstek. Ten brak kolizji występuje w całej przestrzeni, z wyjątkiem obiektów znajdujących się bardzo blisko ciał niebieskich, takich jak gwiazdy, księżyce czy planety. W takich przypadkach naładowane cząstki nie przemieszczają się już w próżni kosmicznej, ale przez ośrodek, który może zderzać się z innymi cząstkami.

Wokół Ziemi interakcje naładowanych cząstek generują fale, w tym fale elektromagnetyczne, które rozpraszają i przyspieszają niektóre naładowane cząstki. Kiedy zorze polarne pojawiają się rozproszone wokół biegunów planet, obserwatorzy widzą skutki interakcji między falami i elektronami. Ponieważ pola elektromagnetyczne są tak ważne w pogodzie kosmicznej, badanie tych interakcji powinno pomóc naukowcom przewidzieć zmiany intensywności cząstek o wysokiej energii. Może to pomóc chronić astronautów i satelity przed najcięższymi skutkami pogody kosmicznej.

Zespół składający się z wyznaczonego adiunkta Naritoshi Kitamury i profesora Yoshizumi Miyoshi z Instytutu Nauk o Kosmosie i Ziemi (ISEE) na Uniwersytecie w Nagoya, wraz z naukowcami z Uniwersytetu Tokijskiego, Uniwersytetu w Kioto, Uniwersytetu Tohoku, Uniwersytetu w Osace i Japan Aerospace Agencja Eksploracyjna. (JAXA) i kilku międzynarodowych współpracowników wykorzystało głównie dane uzyskane za pomocą niskoenergetycznych spektrometrów elektronowych, zwanych spektrometrami plazmy szybkich elektronów, na pokładzie statku kosmicznego NASA Multiscale Magnetometer. Przeanalizowali interakcje między elektronami a falami gwizdka, które również zostały zmierzone przez sondę. Stosując metodę przy użyciu analizatora interakcji cząstka-fala, udało im się bezpośrednio wykryć ciągły transfer energii z elektronów rezonansowych do fal trybu zerowania w lokalizacji statku kosmicznego w przestrzeni. Na tej podstawie wyprowadzili tempo wzrostu fali. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Nature Communications.

Najważniejszym odkryciem było to, że zaobserwowane wyniki były zgodne z hipotezą, że w tej interakcji występuje nieliniowy wzrost. „Po raz pierwszy ktokolwiek bezpośrednio zaobserwował efektywny wzrost fali w przestrzeni oddziaływania fali i cząstek między elektronami a falami gwizdka” – wyjaśnia Kitamura. „Spodziewamy się, że wyniki przyczynią się do badań nad interakcjami różnych fal i cząstek, a także do lepszego zrozumienia postępów w badaniach fizyki plazmy. Jako bardziej szczegółowe zjawiska, wyniki przyczynią się do zrozumienia przyspieszania elektronów do wysokich energii w pasie promieniowania, które są czasami nazywane „elektronami zabójcami”, ponieważ uszkadzają satelity”.

Bezpośrednie obserwacje transferu energii z elektronów rezonansowych do fal gwizdających w ziemskiej magnetosferzeKomunikacja natury