Przejdź do treści

Nowy film NASA: kosmiczny taniec elektronów

Nie widzimy ich gołym okiem, jednak całe roje elektronów przenikają środowisko magnetyczne otaczające Ziemię - ziemską magnetosferę. Elektrony okrążają naszą planetę w skomplikowanym tańcu, którym rządzą pola magnetyczne i elektryczne. Gdy znajdą się zbyt blisko Ziemi, mogą uszkodzić satelity i wywołać zorze polarne. Naukowcy pracujący przy projekcie NASA MMS (Magnetospheric Multiscale) badają właśnie ich dokładną dynamikę.

Badania opublikowane w Journal of Geophysical Research odkrywają nowy i dziwny rodzaj ruchu takich elektronów. Złapane w silnych polach magnetycznych naładowane cząsteczki zazwyczaj zachowują się dosyć przewidywalnie: wirują po spirali wzdłuż linii sił pola. Tam, gdzie pole jest jednak słabsze, a jego kierunek odwraca się, te same elektrony mają do dyspozycji dużo więcej możliwych ruchów i trajektorii - między innymi odbijają się i podróżują tam i z powrotem.
 
Satelity MMS badają pola elektryczne i magnetyczne, przez które elektrony te się poruszają. Zliczają przy tym elektrony i jony oraz mierzą ich energie i kierunki ruchu. MMS to tak naprawdę aż cztery statki badawcze krążące wokół Ziemi w zwartej, przestrzennej formacji. Dzięki temu są one w stanie oglądać pola i cząstki w trzech wymiarach oraz studiować ich dynamikę w bardzo małej, nie osiągniętej nigdy przedtem skali.
 
Wyniki otrzymane podczas badań MMS pokazują na przykład, co dzieje się w pośrednich polach magnetycznych - tych o przeciętnej sile oddziaływania. Elektrony tańczą tam w sposób “mieszany”, silnie oscylując. Wędrują po spiralach, ale i kołyszą się tam i z powrotem, zanim ostatecznie są zmuszone do opuszczenia takiego obszaru. A wówczas wynoszą ze sobą część energii pola, co może odgrywać kluczową rolę w tak zwanej rekoneksji magnetycznej - pełnym dynamiki procesie uwalniającym ogromne ilości zmagazynowanej w polu energii magnetycznej.
 
Satelity MMS przechodzą często przez obszary średniej mocy pól magnetycznych. To miejsca, gdzie prądy elektryczne poruszają się zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego. W takim obszarze ich instrumenty pokładowe zarejestrowały także ciekawą interakcję elektronów z cienką warstwą, przez którą przebiega prąd. Gdy w obszar ten wchodzą nowe elektrony, także one zaczynają wirować spiralnie wzdłuż linii sił pola - podobnie jak w silnym polu magnetycznym, ale po bardziej rozległych, większych spiralach. MMS dostrzegły również ślady cząstek pozyskujących energię z pola elektrycznego. Te przyspieszane cząsteczki szybko uciekały z bieżącej warstwy przewodzącej, formując przy tym dżety i zabierając ze sobą część energii pola, które staje się przez to stopniowo coraz słabsze.
 
Nowe wyniki badań pomagają naukowcom w lepszym zrozumieniu roli elektronów w procesach rekoneksji magnetycznej. Być może przyczynią się też do wyjaśnienia sposobów, w jakie pola magnetyczne tracą energię. Zrozumienie szybkości działania rekoneksji jest niezbędne do przewidywania intensywności uwalniania się energii magnetycznej plazmy. Tym bardziej, że to właśnie rekoneksja może wywoływać gwałtowne zjawiska na powierzchni naszego Słońca, łącznie z tymi, które nie pozostają bez wpływu na pogodę kosmiczną i ziemską technologię.
 
 
Czytaj więcej:
 

 
Bez ograniczających je, silnych pól magnetycznych wolne elektrony (kolor żółty) krążą tam i z powrotem. Wzrost ich prędkości jest tu pokazany w cieplejszych barwach.
Źródło: NASA’s Goddard Space Flight Center/Tom Bridgman


Reklama