Коллектив ученых из Института солнечно-земной физики СО РАН и Пекинского университета (Китай), используя данные семи спутников и теоретические расчеты, внес вклад в дискуссию о теории передачи энергии от частиц высоких энергий электромагнитным волнам. По их мнению, ультранизкочастотные волны возбуждаются в магнитосфере до начала суббури — комплекса возмущений в полярных областях Земли, связанных с взаимодействием возмущенных потоков солнечного ветра с магнитосферой планеты. Статья об этом опубликована в Geophysical Research Letters.
Первый автор статьи, аспират ИСЗФ СО РАН Александр Валерьевич Рубцов напомнил, что в магнитосферной физике с момента ее зарождения остается необъясненным вопрос о происхождении и природе протонов и электронов сверхвысоких энергий, которые образуют пояса повышенной радиации вокруг Земли. Установлено, что они обладают гораздо меньшей энергией, когда попадают внутрь магнитосферы, а значит, ускорение происходит за счет каких-то внутренних процессов. УНЧ-волны способны переносить энергию на расстояния, сопоставимые с размером магнитосферы, и поэтому являются одними из кандидатов на роль источника дополнительной энергии для заряженных частиц. Однако конкретный механизм пока не обнаружен, и лишь в последние семь лет появились космические аппараты, позволяющие наблюдать взаимодействие волн с частицами. Сейчас исследователи по всему миру занимаются анализом этих данных.
В исследовании иркутских и китайских ученых отмечено, что УНЧ-волна, которую регистрировали в течение 15 часов, не изменяла свои характеристики и поведение, несмотря на многократные поступления новых заряженных частиц во время суббурь. То есть, усиление потока протонов и электронов не является достаточным условием ни для генерации УНЧ-волны, ни для интенсивной передачи энергии от существующей волны частицам, ни даже для изменения параметров существующей волны.
«Этот результат противоречит некоторым более ранним работам, однако мы предполагаем, что в них не было возможности разделить воздействие суббури и магнитной бури на УНЧ-волну, так как эти крупные магнитосферные возмущения происходили одновременно. Было обнаружено, что к генерации волны привело образование в магнитосфере неустойчивого распределения протонов, которое и стало источником энергии. Мы рассчитали параметры протонов, которые должны вступать в резонанс с наблюдаемой УНЧ-волной, и условия неустойчивости, которые привели бы к генерации волны. Результаты вычислений совпали с наблюдавшимися характеристиками частиц. Мы пришли к выводу, что подобное неустойчивое распределение могло быть вызвано магнитной бурей, которая имела место за день до регистрации УНЧ-волны спутниками», — прокомментировал Александр Рубцов.
Он подчеркнул, что, несмотря на полученные результаты, главный вопрос, о том, могут ли УНЧ-волны ускорять заряженные частицы до сверхвысоких энергий, остается открытым. Для ответа на него необходимо разобраться в том, как именно УНЧ-волны взаимодействуют с частицами, и данная работа лишь немного приблизила ученых к пониманию полной картины.
«Поскольку магнитосфера Земли является очень асимметричной и динамической структурой, интересно изучить случаи наблюдения УНЧ-волн в разных геомагнитных условиях и в различных секторах магнитосферы. В идеальном случае — одновременно во всех частях магнитосферы. Однако при подобном исследовании нужно задействовать большое количество космических аппаратов. Кроме того, необходимо, чтобы они были расположены друг относительно друга определенным образом, что не всегда возможно из-за разных параметров их орбит», — отметил ученый.
Пресс-служба ИСЗФ СО РАН
