Скрытые ускорители частиц в хвосте магнитосферы Земли

Международная группа ученых из ИКИ РАН, МФТИ и Бэйханского университета (Китай) обнаружила ранее неизвестный механизм ускорения частиц в околоземной плазме. Анализ данных космической миссии NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) показал, что внутри турбулентных потоков в магнитном хвосте Земли формируются локальные «микро-ускорители». Они перераспределяют энергию и создают всплески интенсивных электростатических волн — надежные маркеры скрытых процессов. Результаты опубликованы в журнале JETP Letters при поддержке РНФ (грант 23-12-00031).
Магнитосфера — это невидимая защита Земли от солнечного ветра. С ночной стороны планеты она вытягивается в длинный «хвост», где копится энергия, высвобождающаяся при магнитном перезамыкании. Этот процесс напоминает космическое «короткое замыкание»: линии магнитного поля разрываются и соединяются заново, выбрасывая потоки энергии и ускоряя частицы, которые затем вызывают сияния и бури в атмосфере.
Ранее считалось, что главное действие сосредоточено в области первичного перезамыкания. Однако новые данные показали: всё гораздо сложнее.

Микро-ускорители на периферии

Приборы MMS зафиксировали в турбулентных плазменных потоках (BBF) всплески электрического поля до 100 мВ/м — рекордные значения для космоса. Эти электростатические уединенные волны (ESW) оказались связаны с узкими токовыми слоями и сверхэнергичными пучками электронов. Иными словами, внутри потоков возникают новые центры ускорения, формируя каскадный процесс преобразования энергии.
«Мы ожидали хаотическую турбулентность, но увидели структурированные, мощные волны, — отмечает Макар Леоненко, аспирант кафедры космической физики МФТИ, — Это похоже на реку, которая вдали от водопада вдруг рождает собственные бурные каскады. Быстрые потоки плазмы сами становятся источниками новых ускорителей».

Эти волны выполняют роль посредников: они отбирают энергию у быстрых электронов и передают её холодной плазме. Таким образом, энергия не рассеивается одномоментно, а проходит через цепочку мелких, но эффективных преобразований. Ученые предполагают, что это связано с множественными микро-перезамыканиями в турбулентной среде.

Понимание каскадного механизма критически важно для прогнозов космической погоды и защиты спутников, систем связи и пилотируемых миссий. Более того, эти процессы универсальны: аналогичные явления могут происходить в солнечной короне, аккреционных дисках и в установках термоядерного синтеза.
Исследование показывает: даже хорошо изученное околоземное пространство скрывает сложные и многоуровневые процессы. Впереди — задача построить новые теоретические модели и оценить вклад микро-ускорителей в общий энергетический баланс магнитосферы.

Источник: Ученые обнаружили скрытые ускорители частиц в околоземной космической плазме — За науку