Учёные выяснили, где солнечный ветер сильнее воздействует на магнитное поле Земли
Физики обнаружили причину неравномерного возникновения мощных волн на границе магнитосферы Земли, защищающей планету от солнечного ветра. Компьютерное моделирование показало, что при определённых условиях наиболее интенсивные волны образуются в зимнем полушарии, а их расположение зависит от направления межпланетного магнитного поля. Результаты помогут точнее описывать процессы, влияющие на космическую погоду.
Специалисты использовали компьютерную модель магнитосферы Земли, чтобы изучить взаимодействие её внешней границы с солнечным ветром — потоком заряженных частиц, постоянно исходящих от Солнца.
На границе магнитосферы возникают так называемые волны Кельвина — Гельмгольца. Они образуются при движении соседних потоков вещества с разными скоростями. Подобное явление можно наблюдать в земной атмосфере, где воздушные потоки иногда формируют облака в виде закрученных волн. В космосе такие структуры возникают при взаимодействии солнечного ветра с плазмой вблизи магнитосферы.
Ранее спутниковые наблюдения показывали, что волны распределяются по границе магнитосферы неравномерно. Однако установить причину было сложно, поскольку космические аппараты редко проходят через области их наиболее интенсивного возникновения.
Моделирование показало, что ключевую роль играет магнитное поле, которое солнечный ветер переносит из межпланетного пространства. При обтекании магнитосферы его силовые линии изгибаются и распределяются несимметрично. В результате на одних участках внешней границы Земли возникают условия для усиления волн, а на других магнитное поле подавляет их развитие.
В рассмотренных условиях наиболее сильная волновая активность возникала в зимнем полушарии. При одном направлении межпланетного магнитного поля волны усиливались на утренней стороне магнитосферы, а при противоположном — на вечерней. В летнем полушарии при тех же параметрах моделирования выраженных волн практически не возникало.
Учёные также установили, что распределение волн зависит от различий в скоростях движения плазмы и процессов магнитного пересоединения, при которых изменяется структура магнитных силовых линий. Эти взаимодействия способны создавать условия для проникновения частиц солнечного ветра внутрь магнитосферы и передачи энергии в околоземное пространство.
Такие процессы участвуют в формировании космической погоды, которая влияет на полярные сияния, работу спутников, радиосвязь и навигационные системы. Результаты моделирования помогут лучше понять, почему воздействие солнечного ветра различается между полушариями и отдельными участками магнитосферы.
Исследование проводилось для определённого сочетания ориентации магнитного поля Земли и параметров солнечного ветра. Для проверки полученных закономерностей при других условиях потребуются дополнительные расчёты и спутниковые наблюдения.
Исследование в журнале Geophysical Research Letters.