Тисячі миль над Землею, правила космічної погоди. Це, здавалося б, порожнє і самотнє місце - місце, де таємницю під назвою «холодна плазма» знайдено в надлишку і може мати наслідки для нашого зв’язку із Сонцем. Поки вона залишається практично прихованою, шведські дослідники створили новий метод вимірювання цих холодних заряджених іонів. Маючи свідчення про те, що не раз замислювалися, ці нові висновки дуже добре дають нам підказки щодо того, що відбувається навколо інших планет та їх природних супутників.
"Чим більше ви шукаєте іони з низьким рівнем енергії, тим більше виявите", - сказав Матс Андре, професор космічної фізики Шведського інституту космічної фізики в Уппсалі, Швеція, і керівник дослідницької групи, чиї висновки прийняті за публікація в журналі Американського геофізичного союзу Geophysical Research Letters. «Ми не знали, скільки там було. Це більше, ніж я навіть думав. "
Звідки береться ця загадка? Іони низької енергії починаються у верхній частині нашої атмосфери під назвою іоносфера. Тут сонячна енергія може позбавляти електрони з молекул, залишаючи такі атоми, як кисень і водень, позитивний заряд. Однак фізично знайти ці іони було проблематично. Поки дослідники знали, що вони існують на висоті близько 100 кілометрів (60 миль), Андре та колега Кріс Каллі встановили свої місця вище - на відстані від 20 000 до 100 000 км (від 12 400 до 60 000 миль). На краю кількість холодних іонів коливається в межах від 50 до 70%…, що становить більшу частину маси простору.
Однак це не єдине місце, де було виявлено холодну плазму. За даними супутникових досліджень та розрахунків, деякі висотні зони постійно містять іони низької енергії. Наскільки це не звучало, команда також виявила їх на висоті 100 000 км! За словами Андре, виявлення такої кількості відносно прохолодних іонів у цих регіонах дивно, тому що стільки енергії потрапляє на висоту Землі від сонячного вітру - гаряча плазма, приблизно в 1000 разів гаряча, ніж те, що Андре вважає холодним. Як холодно? «Низько енергетичні іони мають енергію, яка б відповідала приблизно 500 000 градусів Цельсія (приблизно мільйон градусів за Фаренгейтом) при типових щільності газу, виявлених на Землі. Але оскільки щільність іонів у космосі така низька, супутники та космічні апарати можуть виходити на орбіту, не вибухаючи полум'ям. "
Виявлення цих низько енергетичних іонів та вимірювання того, скільки матеріалу залишає наша атмосфера, було невловимим завданням. Майстерня Андре - супутник та один із чотирьох космічних кораблів Європейського космічного агентства CLUSTER. У ньому розміщений детектор, створений з тонкого дроту, який вимірює електронне поле між ними під час обертання супутника. Однак, коли дані були зібрані, дослідники виявили пару таємниць - сильні електричні поля в несподіваних областях космосу та електричні поля, які не коливались рівномірно.
"Для вченого це виглядало досить потворно", - сказав Андре. «Ми намагалися з’ясувати, що не так з інструментом. Тоді ми зрозуміли, що з інструментом немає нічого поганого ». Те, що вони знайшли, відкрило їм очі. Холодна плазма змінювала розташування електричних полів, що оточують супутник. Це дало їм зрозуміти, що вони можуть використовувати свої польові вимірювання для перевірки наявності холодної плазми. "Це розумний спосіб перетворити обмеження детектора, що базується на космічних кораблях, у активи", - сказав Томас Мур, старший науковий співробітник проекту NASA в багатомасштабній місії багатогранної магнітосфери НАС в Центрі космічних польотів Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд. Він не був причетний до нових досліджень.
Завдяки цим новим методам наука може виміряти і скласти карту земної оболонки холодної плазми - і дізнатися більше про те, як змінюються і гаряча, і холодна плазма під час екстремальних космічних погодних умов. Це дослідження вказує на краще розуміння атмосфери, крім нашої, теж. В даний час нові вимірювання показують, що кілограм (два кілограми) холодної плазми виривається з атмосфери Землі щосекунди. Маючи солідну цифру як основу для рівня втрат, вчені можуть змогти моделювати, що стало атмосферою Марса - або пояснити атмосфера навколо інших планет і місячних. Це також може допомогти у більш точному прогнозуванні погоди в космосі - навіть якщо це не впливає безпосередньо на навколишнє середовище. Це ключовий гравець, навіть якщо він сам не завдає шкоди. "Ви можете знати, де знаходиться область низького тиску, щоб передбачити шторм", - зазначив Андре.
Модернізація космічного прогнозування погоди там, де це схоже на звичайне прогнозування погоди, "навіть неможливо було віддалено, якщо вам не вистачає більшої частини плазми", - сказав Мур з НАСА. Тепер, використовуючи спосіб вимірювання холодної плазми, мета якісних прогнозів - на крок ближче. "Це речі, які ми не могли бачити і не могли їх виявити, а потім раптом ми могли це виміряти", - сказав Мур про іони з низькою енергією. "Тепер ви можете насправді вивчити його і побачити, чи він відповідає теоріям".
Оригінальне джерело історії: Новини американського геофізичного союзу. Для подальшого читання: Низько енергетичні іони: раніше прихована популяція частинок Сонячної системи.
