Ученые из Института солнечно-земной физики СО РАН совместно с коллегами из Японии провели анализ данных о колебаниях магнитного поля Земли, полученных японским орбитальным спутником Arase за период с 2017 по 2020 год. Это исследование позволило детально изучить два состояния магнитосферы: во время «спокойных» периодов и при магнитных бурях.
В первом случае заряженные частицы, переносимые солнечным ветром, практически не воздействуют на магнитосферу, огибая ее подобно тому, как вода обтекает камень. Только в поверхностных слоях магнитосферы возникают возмущения, вызывающие вибрацию силовых линий магнитного поля и плазмы вокруг, подобно струнам арфы при касании, возбуждая тем самым ультранизкочастотные волны.
Однако, когда солнечный ветер усиливается и происходят выбросы на Солнце, заряженные частицы проникают в глубь магнитосферы, вызывая значительные возмущения, магнитные бури и большое количество волн. Более того, в момент таких возмущений поток заряженных частиц буквально «прижимает» нижний слой магнитосферы — плазмосферу — к поверхности Земли, сдвигая ее границу на десятки тысяч километров.
Оказалось, что граница плазмосферы выступает барьером для распространения ультранизкочастотных волн. Это означает, что даже во время сильной магнитной бури большинство волн, проникая в глубь магнитосферы, все же не способны проникнуть в ее нижние слои — плазмосферу.
Несмотря на то, что ультранизкочастотные волны не проникают в плазмосферу, они все равно оказывают влияние на работу наземных устройств и аппаратов на околоземной орбите. Одной из возможных причин может быть то, что эти волны, не пересекая границу плазмосферы, все же передают энергию ее частицам. А затем уже частицы плазмосферы, обладающие избытком энергии, могут распространяться до поверхности Земли и повышать уровень радиации в ближнем космосе, что негативно сказывается на космических аппаратах на орбите.
По словам участника проекта, аспиранта Института солнечно-земной физики СО РАН Александра Рубцова, понимание того, в каких областях пространства действуют волны, создаваемые солнечным ветром на магнитосферу Земли, поможет прогнозировать увеличение интенсивности потоков заряженных частиц, которые могут влиять на работу космических аппаратов.
Он также отметил, что в дальнейшем ученые планируют более детально изучить, как именно различные типы волн взаимодействуют с заряженными частицами в магнитосфере Земли.