5 Minuten
Nauji stebėjimai: pickup jonai ir netikėtas bangų aktyvumas prie Žemės
Dr. Michael Starkey vadovaujama grupė Southwest Research Institute pranešė apie stebėjimus, rodančius, kad pickup jonai (PUI) netoli Žemės esančiame saulės vėjyje gali sukelti matomą bangų aktyvumą — išvadą, pagrįstą NASA Magnetosferos daugiamačių (MMS) misijos surinktais duomenimis. MMS, paleista 2015 m., valdo keturias arti esančias erdvėlaivis, kurie matuoja elektrinius ir magnetinius laukus bei daleles aplink Žemės magnetosferą. Nors MMS buvo sukurta magnetinės rekonekcijos ir ribinių sluoksnių fizikų tyrimams, jos didelės raiškos instrumentai dabar atskleidžia netikėtą elgesį gretimame saulės vėjo plazmoje.
Pickup jonai susidaro, kai per heliosferą plaukiantys neutralūs atomai jonizuojami saulės ultravioletinės spinduliuotės arba vykstant krūvio mainams su saulės vėjo jonais. Tapę jonais, šie anksčiau neutralūs dalelės yra įtraukiamos į saulės vėjo srautą ir ima suktis aplink tarpplanetinį magnetinį lauką. Todėl PUI sudaro atskirą jonų populiaciją, kurios greičių pasiskirstymai skiriasi nuo pagrindinių saulės vėjo protonų ir elektronų. Iki šiol PUI netoli Žemės buvo laikomi smulkiu komponentu, turinčiu ribotą dinaminį poveikį. Nauji MMS stebėjimai kelia abejonių dėl šios prielaidos.
Kaip MMS komanda nustatė, kad PUI generuoja bangas
MMS analizė sujungė tiesioginius magnetinio lauko matavimus su dalelių greičių pasiskirstymais ir linijiniais nestabilumo modeliais. Tyrėjai nustatė intervalus, kuriuose PUI rodė charakteringus greičių erdvės požymius, ir tuo pačiu metu magnetinio lauko svyravimai atitiko dažnius ir poliarizacijas, kurių būtų galima tikėtis dėl bangų augimo, sukelto žiedinių arba kriauklės formos jonų pasiskirstymų. Iš esmės komanda priskyrė stebimą spektro bangų galią teoriniams bangų augimo režimams, kuriuos galėtų sukelti tokie PUI kaip vandenilio ir helio jonai.
„Rezultatai rodo, kad PUI iš tiesų gali generuoti bangas saulės vėjo zonoje prie Žemės ir skatina tolesnių statistinių tyrimų poreikį,“ sakė Dr. Starkey. „Gali būti, kad PUI vaidina didesnį vaidmenį šiluminiam saulės vėjo kaitinimui ir termalizacijai netoli Žemės, nei manyta anksčiau, o tai turėtų didelę įtaką saulės vėjo modeliams visoje heliosferoje.“
Instrumentų apribojimai neleidžia vienareikšmiškai identifikuoti tikslių jonų rūšių kiekviename įvykyje, tačiau modelių priderinimai ir stebėtos bangų savybės rodo, kad labiausiai tikėtini sukėlėjai yra helio ir (arba) vandenilio PUI. Svarbu, kad stebėtos PUI populiacijos atsirado saulės vėjo intervalais, kuriuose nebūdavo kitų reikšmingų energetinių jonų ar elektronų populiacijų, kas stiprina bangų priskyrimą PUI, o ne kitam šaltiniui.
Mokslinis kontekstas ir pasekmės heliosferos fizikai
Bangų ir dalelių sąveikos yra pagrindinis mechanizmas energijai perduoti tarp laukų ir dalelių kosminėse plazmose. Jei PUI reguliariai skatina bangų augimą prie Žemės, jie gali prisidėti prie vietinio saulės vėjo šildymo ir palaipsninės srauto termalizacijos. Šis vaidmuo tampa vis svarbesnis didėjant atstumui nuo Saulės: PUI santykinis gausumas didėja išorinėje heliosferoje, nes daugiau neutralijų iš tarpžvaigždinės terpės pasiekia jonizacijos sritis. Tokiose srityse jau žinoma, kad PUI reikšmingai prisideda prie saulės vėjo dinaminio slėgio ir keičia didelio masto struktūras, tokias kaip terminacijos smūgis ir heliosheath.
Peržiūrint saulės vėjo modelius ir įtraukiant aktyvias PUI varomas bangas apie 1 AU, pasikeistų mūsų supratimas apie saulės vėjo evoliuciją, dalelių pagreitėjimą, kosminių spindulių moduliaciją ir globalinę heliosferos pusiausvyrą. Dabartiniai globalūs ir kinetiniai modeliai dažnai laikosi prielaidos, kad PUI prie Žemės yra pasyvūs arba nereikšmingi; MMS rezultatai rodo, kad ši prielaida turėtų būti peržiūrėta plačesniais statistiniais tyrimais ir koordinuotomis stebėjimų kampanijomis su kitomis misijomis, tokiomis kaip ACE, Wind, Parker Solar Probe ir Solar Orbiter.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Márquez, Kolorado universiteto heliosferinės plazmos fizikos specialistė (fiktyvus komentaras kontekstui), pažymi: „Šie MMS stebėjimai suteikia trūkstamą grandį tarp lokalizuotų kinetinių procesų ir didelio masto saulės vėjo evoliucijos. Jei pickup jonai gali sukelti bangų turbulenciją arčiau Saulės nei manyta anksčiau, tai pakeis mūsų interpretacijas apie in situ šildymą ir energijos kaskadą per skales. Būsimos daugmisijų kampanijos bus būtinos, kad kiekybiškai įvertintume šį poveikį skirtinguose saulės vėjo režimuose.“
Misijos detalės, metodai ir tolesni žingsniai
MMS erdvėlaiviai turi tikslumo magnetometrus ir greitus dalelių detektorius, galinčius aukštos dažnio raiškos režimuose išskirti jonų pasiskirstymus ir magnetinius svyravimus. Šiam tyrimui komanda ieškojo MMS intervalų saulės vėjyje prieš magnetosferą, išskirdama jonų greičių pasiskirstymus, būdingus naujai susidariusiems PUI, ir apskaičiavo laukiamos linijinės augimo greičius žinomiems plazmos nestabilumams. Kryžminiai patikrinimai tarp stebimos bangų poliarizacijos, platinimosi kampų ir prognozuojamų bangų režimų sustiprino PUI varomos veiklos atvejį.
Kiti žingsniai apima išplėstines statistines analizės MMS archyve, koordinuotus stebėjimus su misijomis, tyrinėjančiomis skirtingus heliocentrinius atstumus, bei patobulintą dalelių instrumentaciją arba režimų analizės metodikas, leidžiančias patikimiau atskirti jonų rūšis. Laboratoriniai plazmos eksperimentai ir pažangios kinetinės simuliacijos taip pat padės išaiškinti nelinijinę PUI varomų bangų evoliuciją ir jų indėlį į saulės vėjo šildymą.
Išvados
Southwest Research Institute analizuotos MMS stebėjimų išvados rodo, kad pickup jonai netoli Žemės gali generuoti bangų aktyvumą saulės vėjuje — vaidmenį, anksčiau laikytą mažai tikėtinu apie 1 AU. Šie rezultatai leidžia manyti, kad PUI gali prisidėti prie vietinio saulės vėjo šildymo ir termalizacijos ir gali pareikalauti atnaujinti heliosferos modelius, kurie šiuo metu traktuoja PUI prie Žemės kaip dinamiškai nereikšmingus. Siekiant patvirtinti PUI varomų bangų paplitimą ir poveikį reikės papildomų statistinių tyrimų, tarpmisijų palyginimų ir tikslingų modelių darbų. Jei tai bus patvirtinta, šis mechanizmas sujungs mažo masto kinetinę fiziką su didelio masto heliosferos dinamika, turinčia pasekmių iki terminacijos smūgio ir toliau.
Quelle: sciencedaily
Kommentar hinterlassen