První magnetický přepínač objeven poblíž Země
Flotila NASA objevila první magnetický přepínač v blízkosti Země, což je cikcak v magnetickém poli na okraji naší planetární ochrany. Tento objev ukazuje, že točivé struktury, které byly dříve pozorovány poblíž Slunce, se také objevují v našem okolí ve vesmíru.
Práci vedl E. O. McDougall, fyzik z Univerzity New Hampshire (UNH). Jeho výzkum se zaměřuje na magnetické přepínače a rekonekce v plazmatech ve vesmíru. Poblíž Země se nachází magnetosféra, ochranná magnetická bublina, která odráží nabité částice kolem planety a stojí mezi námi a proudem Slunce.
NASA’s Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) prozkoumala tuto hranici, kdy pole zaznamenalo změny v rozměrech částic a polí. Parker Solar Probe odhalil, že magnetické přepínače jsou běžné v blízkosti Slunce, avšak jejich původ byl zpochybněn.
NASA vysvětluje, že přepínače jsou putující poruchy v slunečním větru, rychlém proudu nabitých částic ze Slunce. Přepínač je spojen s magnetickou rekonekcí, což je proces, při kterém se magnetické siločáry přerušují a znovu spojují, což uvolňuje energii. Tato fyzika pomáhá zahřívat sluneční atmosféru a napájí poruchy blízko Země.
Tým popisuje zkroucený kus plazmatu, který se otočil a poté se vrátil do své původní orientace. Uvnitř něj se pohybovaly vysokoenergetické elektrony podél pole, což naznačuje, že materiál pocházel z pole Země. Tato struktura se nacházela v magnetosheatu, turbulentní vrstvě těsně za magnetosférou, kde se odkloněný sluneční vítr obtáčí kolem naší magnetické bubliny.
V této oblasti MMS měřila proudovou vrstvu, tenkou vrstvu, kde je koncentrován elektrický proud a která se aktivně rekonektuje. Jeden z aspektů události obsahoval vodící pole, magnetickou složku, která probíhá podél rekonekční vrstvy, s hlášenou silou 1.2.
Tým také použil parametr z, měřítko toho, jak daleko se směr pole otáčí, který překročil 0.5, což klasifikuje strukturu jako přepínač. „Tento magnetický přepínač byl vytvořen prostřednictvím rekonekce na rozhraní mezi otevřeným magnetosheatem a uzavřenými magnetosférickými siločárami,“ napsal McDougall.
Tento jev je důležitý, protože mísí sluneční a terestrické plazma, což může změnit způsob, jakým se energie dostává do horní atmosféry. Když tato energie vzroste, napětí mohou pociťovat elektrické sítě, rádiové odkazy a satelity.
MMS byla postavena pro studium rekonekce s rychlými přístroji, které mohou zachytit změny během zlomek sekundy. Mise létá se čtyřmi identickými kosmickými plavidly v formaci, takže vědci mohou vidět, jak se rekonekce vyvíjí ve třech dimenzích.
Nalezení přepínače zde znamená, že nyní mohou vědci zkoumat tuto fyziku poblíž Země, aniž by poslali sondu do slunečního ohně. To vytváří praktickou testovací platformu pro předpovídání vesmírného počasí, podmínek v blízkosti Země, které ovlivňují technologii a astronauty.
Současný výzkum spojuje mnoho interplanetárních přepínačů s rekonekcí na okrajích sluneční sítě. Jiná práce poskytla přímé důkazy, že k rekonekci dochází na okrajích přepínačů ve vnitřním heliosféře.
Pokud dojde k podobnému procesu, kde se sluneční vítr setkává s polem Země, pomáhá to sjednotit mnoho záhadných pozorování. To také naznačuje, že magnetosféra může kroutit otevřené siločáry a poté se uvolnit, což vytváří otisk tvaru přepínače, který lze podrobně mapovat.
Pomocí MMS mohou vědci časově měřit, jak dlouho se pole otáčí, měřit rychlosti částic a porovnávat s modely rekonekce a turbulence. Tyto kontroly mohou odhalit, jak často události vkládají energii do systému a zda vyvolávají větší poruchy.
Budoucí průlety umožní týmu testovat, jak často se přepínače vytvářejí na této hranici a jaké podmínky je vyvolávají. Mohou porovnávat události během klidných období a během rychlých proudů, aby rozmotali role turbulence a rekonekce.
Modelátoři mohou integrovat tato pozorování do simulací založených na fyzice a sledovat, jak se energie rozpadá na různých měřítkách. To pomáhá stanovit lepší hranice pro to, kdy je malý zvrat neškodný a kdy může způsobit větší poruchu.
Vesmírné agentury pak mohou zlepšit varování pro operátory, kteří řídí satelity, pilotované mise a dlouhá rádiová spojení. Jasnější obraz cest injekce může také vést k novým přístrojům, které cílí na tenké vrstvy, kde rekonekce funguje nejrychleji.
Tento jev se pravděpodobně odehrál poblíž magnetopauzy, pohyblivé hranice, kde tlak slunečního větru vyrovnává magnetické pole Země. Tato hranice se mění s podmínkami, což pomáhá vysvětlit, proč některé oběžné dráhy minou krátkodobé zvraty.
Protože každé kosmické plavidlo MMS vzorkuje určitý bod, načasování napříč čtyřmi kosmickými plavidly obnovuje tvar, rychlost a tloušťku struktury. Tato čísla řeknou výzkumníkům, zda se přepínače chovají více jako vlny procházející nebo jako objekty nesené tokem.
Tato studie byla publikována v časopise Journal of Geophysical Research.
