Северное сияние впервые удалось воспроизвести в лаборатории

Американские физики провели исследование и воспроизвели в лабораторных условиях механизм ускорения электронов вдоль силовых линий магнитного поля. Исследование было опубликовано в научном журнале Nature Communications.

Северные сияния возникают, когда магнитное поле Земли захватывает электроны из солнечного ветра. Мельчайшие частицы двигаются вдоль силовых линий магнитного поля, проникают в атмосферу у полюсов нашей планеты и выходят в космос. Сталкиваясь с молекулами азота и кислорода, эти частицы создают сине-зеленое свечение.

Физики из Уитон-колледжа использовали Большое плазменное устройство (от англ. Large Plasma Device или LAPD) в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, чтобы сгенерировать поперечные волны (альфвеновские волны) в электрической жидкости, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Альфвеновские волны – это важный механизм переноса энергии и импульса в магнитогидродинамических системах; то есть эти волны могут ускорять частицы.

Эксперимент проводился в цилиндрической вакуумной камере длиной 20 метров и диаметром 1 метр с мощным магнитным полем.



«В камере небольшая популяция электронов была подвергнута резонансному ускорению с помощью электрического поля альфвеновской волны, подобно тому, как серфер ловит волну и ускоряется вместе с ней», – сообщают ученые.

Этот процесс известен как затухание Ландау, так как передача энергии от волны к частице ослабляет волну, что предотвращает возникновение нестабильности.

В ходе эксперимента исследователи получили сигнатуру, похожую на сигнатуру для затухания Ландау, что указывает на резонансное ускорение. Затем они сравнили результаты с модельным полярным сиянием и продемонстрировали, что скорость возбуждения электронов соответствует затуханию Ландау в реальных условиях.

Таким образом, ученые экспериментально подтвердили тот факт, что альфвеновские волны могут ускорять электроны, которые осаждаются в ионосфере и генерируют завораживающее северное сияние.

Фото:  sciencealert.com, pixabay.com