Спутник Arase обнаружил связь между плазменными волнами и заряженными частицами в геопространстве

В новом исследовании, опубликованном в Письма о физическом обзоре, исследователи из Японии показывают, что высокочастотные плазменные волны в Геопространстве могут генерировать низкочастотные плазменные волны за счет взаимодействия волны с частицей за счет нагрева ионов с низкой энергией, открывая новый путь передачи энергии в бесстолкновительной плазме.


Отличительной чертой плазмы — состояния вещества, характеризующегося свободно перемещающимися заряженными частицами, взаимодействующими посредством электромагнитных сил, — является генерация «плазменных волн», возникающая в результате нестабильности распределения плазмы. «Быстрые магнитозвуковые волны» (МСВ) — один из видов электромагнитных плазменных волн в Геопространстве. МСВ возникают в результате горячих протонов и считаются «высокочастотными волнами».

Другой тип волны, обычно генерируемой в Геопространстве, — это волна «электромагнитного ионного циклотрона» (ЭМИЦ), которая считается «низкочастотной волной». В последнее время спутниковые наблюдения в Геопространстве показали, что МСВ и ЭМИЦ волны часто возникают вместе. Однако механизм, лежащий в основе этого совпадения, остается неясным.

Теперь группа исследователей под руководством профессора Йошизуми Миёси из Университета Нагоя, Япония, несколько раскрыла этот механизм. «Известно, что МСВ происходят вместе с нагревом низкоэнергетических протонов, и исследования показали, что МСВ могут нагревать эти «холодные» ионы. С учетом недавних данных наблюдений со спутника Arase, показывающих одновременные ЭМИ-волны, мы задались вопросом, может ли появление Волны EMIC на самом деле связаны с процессом ионного нагрева, опосредованным MSW», — говорит профессор Миёси, объясняя мотивы исследования.

Соответственно, команда применила метод анализа взаимодействия волна-частица к MSW и волнам EMIC, которые они наблюдали со спутника Arase, чтобы изучить «перекрестно-энергетическую связь» между ними посредством ионного нагрева. Результаты были поучительны: они обнаружили, что в то время как МСВ передают энергию «холодным» протонам для их нагрева, часть переданной энергии протонов идет на возбуждение ЭМИЦ волн. Учитывая, что МСВ, в свою очередь, возбуждались горячими протонами, они, по сути, выступали посредником для передачи энергии ЭМИЦ волнам, т. е. кросс-энергетической связи между горячими протонами, холодными протонами, МСВ и ЭМИЦ волнами. .

Хотя эти результаты интересны сами по себе, профессор Миёси объясняет, как они важны для наших знаний о геопространстве: «ЭМИ-волны вызывают значительное рассеяние и потерю «электронов-убийц» в радиационных поясах Ван Аллена, что часто вызывает сбои в работе спутников. … Новый маршрут передачи энергии для возбуждающих ЭМИЦ-волн, обнаруженный в нашем исследовании, может способствовать улучшению прогнозирования космической погоды, делая более безопасными операции спутников в радиационных поясах Ван Аллена».