5 Minutės
Nauji stebėjimai: pickup jonai ir netikėta bangų veikla prie Žemės
Southwest Research Institute vadovaujama Dr. Michael Starkey komanda pranešė apie stebimus įrodymus, kad pickup jonai (PUIs) prie Žemės esančiame saulės vėjuje gali generuoti matomą bangų aktyvumą — išvadą, pagrįstą NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) misijos duomenimis. Paleista 2015 m., MMS valdo keturias arti išsidėsčiusias zondas, matuojančias elektrinius ir magnetinius laukus bei daleles aplink Žemės magnetosferą. Nors MMS buvo sukurta tirti magnetinę rekonekciją ir ribinių sluoksnių fiziką, jos aukštos raiškos instrumentai dabar atskleidžia netikėtą elgseną kaimyniniame saulės vėjo plazmoje.
Pickup jonai susidaro, kai heliozėje plaukiojantys neutralūs atomai jonizuojami saulės ultravioletinės spinduliuotės arba keitimosi krūviais su saulės vėjo jonais metu. Tapę jonais, šie anksčiau neutralūs dalelės yra įtraukiamos į saulės vėjo tėkmę ir pradeda suktis aplink tarpplanetinį magnetinį lauką. Todėl PUI sudaro atskirą jonų populiaciją, kuriai būdingi greičio pasiskirstymai, skirtingi nuo pagrindinių saulės vėjo protonų ir elektronų. Iki šiol prie Žemės esantys PUIs buvo laikomi nereikšmingu komponentu su ribota dinamika. Nauji MMS stebėjimai kelia abejonių dėl tokio požiūrio.
Kaip MMS komanda identifikavo bangų generavimą dėl PUI
MMS analizė derino tiesioginius magnetinio lauko matavimus su dalelių greičio pasiskirstymais ir linijine nestabilumo modeliavimu. Tyrėjai nustatė intervalus, kur PUI rodė charakteringus greičio erdvės požymius ir kur tuo pačiu metu magnetinio lauko svyravimai atitiko dažnius ir poliarizacijas, kurių būtų galima tikėtis iš bangų augimo, skatinamo žiedinėmis arba kriauklės formos jonų pasiskirstymo struktūromis. Iš esmės komanda suderino stebimą spektro bangos galią su teoriniais bangų augimo režimais, kuriuos galėtų sukelti PUI, tokie kaip vandenilio ir helio jonai.
"Šio tyrimo rezultatai rodo, kad PUI iš tiesų gali generuoti bangas saulės vėjuje prie Žemės ir tai skatina poreikį atlikti platesnius statistinius tokių procesų tyrimus," sakė dr. Starkey. "Gali būti, kad PUI vaidina didesnį vaidmenį saulės vėjo šilumos ir termalizacijos procese prie Žemės, nei manyta anksčiau, o tai turėtų didelių pasekmių saulės vėjo modeliams visoje heliosferoje."
Instrumentų apribojimai neleido vienareikšmiškai nustatyti tikslios jonų rūšies kiekvienu įvykiu, tačiau modelių pritaikymai ir stebėtos bangų savybės rodo, kad labiausiai tikėtini skatinimo šaltiniai yra helio ir (arba) vandenilio PUI. Svarbu tai, kad stebėtos PUI populiacijos atsirado saulės vėjo intervaluose, kuriuose trūko kitų reikšmingų energingų jonų ar elektronų kiekių, kas sustiprina bangų priskyrimą PUI, o ne kitam šaltiniui.
Mokslinis kontekstas ir pasekmės heliosferos fizikai
Banga–dalykių sąveikos yra pagrindinis mechanizmas energijai perduoti tarp laukų ir dalelių erdvės plazmose. Jei PUI reguliariai sukelia bangų augimą prie Žemės, jie gali prisidėti prie vietinio saulės vėjo šilumos didinimo ir tėkmės palaipsniškos termalizacijos. Šis vaidmuo tampa vis svarbesnis tolstant nuo Saulės: PUI santykinė gausa išauga išorinėje heliosferoje, nes daugiau tarpžvaigždinio terpėje esančių neutralų atomų gali jonizuotis. Tokiose srityse jau žinoma, kad PUI reikšmingai prisideda prie saulės vėjo dinaminio slėgio ir keičia didelio masto struktūras, pavyzdžiui, terminio šoko regione ir heliosheath.
Saulės vėjo modelių atnaujinimas, įtraukiant aktyvias PUI sukeltas bangas ties 1 AU, pakeistų mūsų supratimą apie saulės vėjo evoliuciją, dalelių pagreitį, kosminių spindulių moduliaciją ir visuotinius heliosferos pusiausvyros procesus. Dabartiniai globalūs ir kinetiniai modeliai dažnai mano, kad PUI prie Žemės yra pasyvūs arba nesvarbūs; MMS rezultatai rodo, kad šį prielaidą reikėtų peržiūrėti per plačius statistinius tyrimus ir koordinuotas pastabas su kitomis zondais, tokiomis kaip ACE, Wind, Parker Solar Probe ir Solar Orbiter.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Márquez, astrofiziologė, specializuojasi heliosferos plazmos fizikoje Kolorado universitete (fiktyvus pastebėjimas kontekstui), pažymi: "Šie MMS stebėjimai suteikia trūkstamą jungtį tarp lokalizuotų kinetinių procesų ir didelio masto saulės vėjo evoliucijos. Jei pickup jonai gali inicijuoti banginę turbulenciją arčiau Saulės nei manyta anksčiau, tai pakeis mūsų interpretacijas apie vietinį šildymą ir energijos kaskadą per mastus. Būsimos daugmisijos kampanijos bus būtinos, kad kiekybiškai įvertintų šį efektą skirtingose saulės vėjo režimuose."
Misijos detalės, metodai ir tolesni žingsniai
MMS zondai turi tiksliais magnetometrais ir greitais dalelių detektoriais, gebančiais išskaidyti jonų pasiskirstymus ir magnetinius svyravimus aukštu dažniu. Šiam tyrimui komanda ieškojo MMS intervalų saulės vėjuje priešais magnetosferą, ištraukdami jonų greičio pasiskirstymus, būdingus ką tik susiformavusiems PUI, ir skaičiuodama numatomus linijinius augimo greičius žinomoms plazmos nestabilumams. Kryžminiai patikrinimai tarp stebėtos bangų poliarizacijos, sklidimo kampų ir prognozuotų bangų režimų stiprino PUI sukeltos veiklos atvejį.
Tolesni žingsniai apima išplėstus statistinius analizus per visą MMS archyvą, koordinuotas pastabas su misijomis, tiriančiomis skirtingus heliocentrinius atstumus, ir patobulintus dalelių instrumentus arba režimo analizės metodus, leidžiančius patikimiau atskirti jonų rūšis. Laboratoriniai plazmos eksperimentai ir pažangios kinetinės simuliacijos taip pat padės išaiškinti PUI sukeltų bangų nelinijinę evoliuciją ir jų indėlį į saulės vėjo šildymą.
Išvados
MMS stebėjimai, analizuoti Southwest Research Institute, rodo, kad pickup jonai prie Žemės gali sukelti banginę veiklą saulės vėjuje, vaidmuo, kuris anksčiau 1 AU buvo laikomas mažai tikėtinu. Šie rezultatai leidžia manyti, kad PUI gali prisidėti prie vietinio saulės vėjo šildymo ir termalizacijos, ir gali pareikalauti heliosferos modelių atnaujinimų, kurie šiuo metu traktuoja PUI kaip dinamiškai neesminius prie Žemės. Norint patvirtinti PUI sukeltų bangų paplitimą ir poveikį reikės papildomų statistinių tyrimų, tarpmisijinių palyginimų ir tikslingų modeliavimo pastangų. Jei tai patvirtins, šis mechanizmas sujungtų smulkių mastų kinetinę fiziką su didelio masto heliosferos dinamika, turinčia pasekmių iki terminio šoko ir už jo ribų.
Šaltinis: sciencedaily
Komentarai