Вчені досліджують струмінь магнітного шару на Марсі

Магнітооболонкові струмені на Землі — це плазмові утворення, які мають вищий динамічний тиск навколо плазми та можуть викликати хвилі, які передають енергію в таких середовищах. Такі струмені також існують за межами Землі в магнітооболонці Марса, як спостерігали Герберт Гунелл і дослідницька група з фізичного факультету Університету Умеа та Шведського інституту космічної фізики у Швеції за допомогою бази даних космічних апаратів MAVEN. Результати команди зараз опубліковані в Science Advances.

Позаземний аналог цього земного явища порівняно різний на Марсі через його меншу головну ударну хвилю та пов’язаний зі збільшенням коливань магнітного поля, таких як струмені в Сонячній системі, які впливають на астрофізичну плазму. У цій роботі дослідницька група включила аналіз на базі даних одного космічного корабля, щоб підтвердити існування реактивних струменів у магнітооболонці Марса.

Механізм формування та прогресування магнітошари на Землі: наслідки для Марса

Астрофізики спочатку припускали існування магнітооболонкових струменів тільки на Землі. Однак, оскільки всі планети мають головні удари, як і деякі комети, явище ударів є повсюдним в астрофізиці. У цьому дослідженні дані, отримані космічним кораблем MAVEN, дали чітке уявлення про існування струменів у магнітооболонці Марса.

Коли сонячний вітер стикається з магнітним полем Землі, зміна потоку від надзвукового до дозвукового утворює головну ударну хвилю. Загальмований сонячний вітер може утворювати магнітооболонку, стиснуту область з нагрітою плазмою. Струмини магнітної оболонки виникають через динамічне представлення тиску в плазмі, що є результатом збільшення щільності та/або швидкості на Землі. Спочатку астрофізики вивчали рух струменів у магнітних полях у лабораторії, використовуючи вакуум із фоновою плазмою для створення плазмоїдів. Дослідники вперше повідомили про це явище на Землі наприкінці 1990-х років, що зараз призвело до значної кількості досліджень.

Струмені можуть генерувати хвилі в магнітооболонці, щоб викликати поверхневі хвилі та випромінювання хвиль Альфвена, які виявляють наземні магнітометри. Ця концепція також пов’язана з явищем, відомим як полярні сяйва в горлі. Більшість механізмів утворення головного удару та створення магнітооболонки припускають взаємодію сонячних вітрів із брижами на головному ударі, відносно коротких магнітних структур великої амплітуди (SLAMS), або аномалій гарячого потоку та реформування носового удару. Джети є невід’ємною частиною зменшення масштабу головного удару в магнітооболонці та передачі енергії сонячного вітру в енергію хвиль через плазмове середовище.

Аналіз даних космічного корабля MAVEN

Гунелл і його колеги представили три приклади джетів, які спостерігав космічний корабель MAVEN 28 і 29 січня 2017 року, а також 10 червня 2020 року. Під час початкової шкали спостережень команда спроєктувала положення космічного корабля на основні площини Марса. сонячна орбітальна система координат. Вони схематично представили результат пунктирними та суцільними лініями, щоб показати модель лукового амортизатора в дослідженні. Під час наступних аналізів космічний корабель не входив у сонячний вітер; тому параметри другого таймфрейму були оцінені з вимірювань у магнітошарі.

Іонний спектр, отриманий з бази даних, показав багато протонів і популяцій альфа-частинок. Альфа-частинкам знадобилося більше часу для термалізації після проходження головного удару порівняно з протонами через їх більший гірорадіус. Команда далі вивчила порівняльну близькість струменів магнітооболонки до планети Марс за два періоди часу у 2017 і 2020 роках, щоб показати, що явище було ближче до планети в більш ранній період часу, ніж останній, як виявив і задокументував космічний апарат MAVEN.

Еволюція лукового удару

До 10 червня 2020 року команда спостерігала, як реактивний магнітооболонка виникає далі за течією та на більшій висоті. Вони помітили два імпульси підвищеного динамічного тиску, а більша відстань головного удару призвела до змішування альфа-частинок і протонів замість того, щоб виглядати як окремі популяції. Підвищений динамічний тиск сценарію залежав від підвищеної щільності, де флуктуації магнітного поля показали вищу амплітуду всередині струменів.

Астрофізики продовжували спостерігати за головним ударом і міжпланетним магнітним полем. Дослідження одного космічного корабля показало просту оцінку розміру струменя. Гунелл і його колеги порівняли розмір струменя зі шкалою магнітооболонки, щоб зробити висновки про форму струменя та його походження. Наприклад, вони зафіксували розмір струменя в діапазоні 4000–18 000 км у напрямку швидкості іонів, що значно перевищує відстань, пройдену космічним кораблем обсерваторії.

Таким чином Герберт Гунелл і його колеги показали, як всюдисущі та геоефективні явища струменів магнітооболонки на Землі можуть генерувати хвилі та передавати енергію всередині магнітооболонки. Хоча такі явища існують за межами земної атмосфери в марсіанській магнітосфері в іншому масштабі та характері, вони відіграють однакову роль в обох планетарних середовищах.

Дослідники пропонують у майбутньому використовувати більші статистичні дослідження для кількісної оцінки геоефективності струменів магнітооболонки на Марсі, які підходять для різноманітних умов сонячного вітру, щоб охопити всі регіони космосу навколо планети. Джерело