Волны в плазме нагревают электроны солнечного ветра в магнитосфере Земли

Космос является теплым – или, по крайней мере, более теплым, чем считали ученые. В разных местах по всей Вселенной, включая нашу собственную Солнечную систему, астрономы обнаруживают почти свободные от материи пустоты в межзвездном и межгалактическом пространстве, которые имеют более высокую температуру, чем ожидалось в соответствии с современной теорией. Что же нагревает эту пустоту? В новом исследовании дан ответ на этот вопрос: волны в плазме, которые врезаются в электроны. Эти почти пустые места в нашей Солнечной системе все же содержат в себе некоторое количество материи и энергии. Их наполняет солнечный ветер, который состоит из тонких потоков заряженных частиц, таких как электроны, движущихся со сверхвысокими скоростями в сторону от Солнца. Кроме того, эти пустоты содержат свободную плазму, форму материи, которая широко распространена во Вселенной и часто существует в хаотичном, «турбулентном» состоянии. Ученые наблюдали, как эти электроны солнечного ветра поглощают энергию электромагнитных волн, проходящих сквозь турбулентную плазму в переходном слое магнитосферы Земли. Когда эта энергия поглощается, она переходит в тепло. Переходной называется область магнитосферы Земли, в которой электромагнитные поля нашей планеты напрямую сталкиваются с солнечным ветром. Этот эффект исследователи ранее наблюдали в менее сложных условиях на Земле, однако никогда прежде - в хаотичных, турбулентных условиях на орбите нашей планеты. Ученые обнаружили этот эффект, изучая данные, собранные при помощи миссии Magnetospheric Multiscale Mission. Этот проект включает четыре роботизированных космических аппарата, которые обращаются вокруг Земли и измеряют параметры взаимодействия электромагнитного поля нашей планеты с Солнцем. Анализируя данные, полученные в этих экстремальных условиях, исследователи смогли выделить процесс перехода энергии электромагнитных волн, проходящих через плазму, в тепло на электронах. Для того, чтобы эффект проявлялся, электроны и волны должны двигаться с близкими скоростями, «подобно серферу, ловящему волну», как выразился один из авторов исследования Грэг Хоус (Greg Howes) из Университета Айова, США. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications; главный автор Ч.Х.К. Чен (C. H. K. Chen).