«Чирикающие» хоровые волны, угрожающие космическим аппаратам, обнаружили вдали от Земли

Космическое пространство наполнено электромагнитными волнами и заряженными частицами. Так как расстояния между частицами слишком большие, они крайне редко сталкиваются друг с другом. Поэтому электромагнитные волны считаются самыми важными «передатчиками» энергии в космическом пространстве, ускоряя и рассеивая частицы.

«Свистящие» хоровые волны — одни из сильнейших электромагнитных волн, естественно образующиеся в космическом пространстве. Ученые исследуют их на протяжении более 70 лет, причем не только рядом с Землей, но еще у Марса, Юпитера и Сатурна. Если преобразовать эти волны в звуковые, на частотах, которые слышат наши уши, их звучание похоже на чириканье птиц.

Как удалось выяснить за годы наблюдений, хоровые волны играют большую роль в ускорении формирования и динамике радиационных поясов Земли, возникновении пульсирующего северного сияния и передаче энергии частиц в атмосферу планеты.

Несмотря на десятилетия исследований, ученые по-прежнему не уверены, как образуются эти хоровые волны. Одна из главных причин — отсутствие прямых измерений обмена энергиями внутри волн. Инструменты космических аппаратов не могли собрать подходящие данные из-за высоких энергий частиц и сильного магнитного поля вблизи Земли. При этом искали хоровые волны только на расстоянии до 10 радиусов от планеты, поскольку считалось, что дипольное магнитное поле Земли играет роль в их формировании.

В новой работе, опубликованной в журнале Nature, ученые впервые описали хоровые волны в 165 тысячах километров от Земли, в «хвосте» магнитосферы. Исследователи использовали данные наблюдений, собранные четырьмя спутниками MMS (NASA) в декабре 2019 года.

На расстоянии в 26 радиусов планеты магнитное поле уже сильно растянуто и теряет свой дипольный эффект. При этом обнаруженные там волны длились примерно 0,1 секунды, имели нарастающую природу и частоту «чириканья», близкую к 100 герц. По параметрам они очень похожи на волны вблизи Земли, а значит, сильное дипольное поле — не обязательное условие их формирования.

По новым данным наблюдений авторам исследования удалось измерить взаимодействия внутри волн. Они показали, что хоровое излучение возникало «на месте», подпитываясь энергией от электронов — вероятно, тепловых электронов с энергией приблизительно три килоэлектронвольта.

Импульсы хоровых волн хорошо ускоряют электроны, усиливая опасность радиационных поясов Земли. Эти пояса вредят инструментам пролетающих космических аппаратов и представляют опасность для космонавтов. Изучение природы хоровых волн поможет найти решения, которые позволят минимизировать негативные эффекты.