Зонд Parker выявил смену направления магнитных полей в турбулентной плазме
Международная группа физиков обнаружила ранее неизвестную особенность магнитных полей в космической плазме. Оказалось, что при переходе от крупных вихревых структур к более мелким направление вращения магнитного поля меняется на противоположное. Необычное явление удалось выявить благодаря измерениям американского солнечного зонда «Паркер». Результаты исследования опубликованы в научном журнале «Письма по астрофизике», сообщает University of Tokyo.
В научной работе участвовали специалисты из десяти государств, включая сотрудников Технического университета Брауншвейга, Токийского университета и нескольких других японских исследовательских учреждений.
Ученые изучали турбулентность космической плазмы — вещества, состоящего из электрически заряженных частиц. Такие частицы активно взаимодействуют с электромагнитными полями, из-за чего их движение приобретает сложный и зачастую хаотичный характер.
В отличие от обычных жидкостей и газов, плазма в межпланетном пространстве отличается крайне низкой плотностью. Столкновения отдельных частиц происходят сравнительно редко, поэтому привычные закономерности движения вещества не всегда позволяют объяснить наблюдаемые процессы.
Исследователи установили, что даже внутри хаотичных потоков космической плазмы существуют определенные закономерности движения магнитных полей.
Для этого специалисты проанализировали высокоточные данные, полученные космическим аппаратом «Паркер», который исследует солнечный ветер и пространство вблизи Солнца.
Измерения показали, что на больших пространственных масштабах магнитные поля преимущественно вращаются против часовой стрелки, если смотреть в направлении от Солнца.
Однако при переходе к значительно меньшим масштабам характер движения изменяется. В этой области вращение становится противоположным — по часовой стрелке.
Особенно важным оказалось расположение границы, на которой происходит подобная перемена.
Ученые выяснили, что смена направления совпадает с переходом от коллективного движения плазмы к поведению отдельных заряженных частиц.
На крупных масштабах плазма ведет себя подобно жидкости. В ней возникают вихри и распространяются электромагнитные волны. При уменьшении масштабов все большую роль начинают играть свойства отдельных частиц.
Анализ также показал, что по мере удаления от Солнца обнаруженный эффект становится более выраженным. Одновременно граница смены направления вращения смещается в сторону более крупных пространственных структур.
Первый автор исследования Масатоми Иидзава из Технического университета Брауншвейга отметил, что ученым удалось обнаружить отчетливую закономерность там, где движение вещества на первый взгляд кажется полностью беспорядочным.
Представитель Токийского университета Ёкои также подчеркнул значимость полученных результатов для развития физики плазмы и астрофизики.
По мнению специалистов, открытие поможет лучше понять процессы передачи энергии между различными масштабами турбулентного движения.
Подобные явления встречаются во многих областях космоса. Плазменная турбулентность наблюдается в солнечном ветре, межпланетном пространстве и магнитосфере Земли.
Она также играет важную роль при распространении ударных волн и облаков намагниченного вещества, возникающих после солнечных выбросов.
Исследователи считают, что обнаруженная закономерность может помочь усовершенствовать модели прогнозирования геомагнитных бурь.
Такие возмущения возникают при взаимодействии потоков солнечной плазмы с магнитным полем Земли. Для понимания их развития ученым необходимо учитывать особенности движения частиц и магнитных структур в межпланетном пространстве.
Полученные результаты расширяют представления о поведении космической плазмы и могут стать основой для дальнейших исследований солнечного ветра.
При этом непосредственного повышения точности прогнозов геомагнитных бурь работа пока не продемонстрировала. Речь идет о новом физическом результате, который впоследствии может быть использован для совершенствования существующих расчетных моделей.
