В течение многих лет учёные предполагали, что сияния вокруг северного и южного магнитных полюсов идентичны. Полюса связаны линиями магнитного поля, вдоль которых постоянно движется поток заряженных частиц. Так возникают полярные сияния. Из-за того, что это движение происходит по одним и тем же линиям, считалось, что сияния на разных полюсах являются зеркальным отражением друг друга.
Однако в 2009 году учёные обнаружили, что сияния у разных полюсов могут выглядеть по-разному: иметь разные формы и появляться в разных местах. Это явление называется асимметрией.
Новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Geophysical Research, объясняет, как возникает эта асимметрия: различия в полярных сияниях, вероятно, вызваны сжатием земного магнитного хвоста солнечным ветром и магнитным полем.
Предыдущие теории об асимметрии предполагали, что она была вызвана разрывом и повторным соединением линий магнитного поля в магнитном хвосте Земли. Этот процесс называется магнитным пересоединением. Новое исследование показало, что на самом деле магнитное пересоединение уменьшает асимметрию.
Исследование не только объясняет, почему северное и южное сияния выглядят по-разному на ночном небе, но также помогает учёным лучше понять взаимодействие между Землёй и Солнцем. Эти знания важны для точного прогнозирования местоположения и времени событий космической погоды, которые могут повлиять на работу электрических сетей, спутников, а также космонавтов.
Возникновение полярных сияний
Ядро Земли генерирует магнитное поле, которое образует вокруг нашей планеты магнитный щит, называемый магнитосферой. Он защищает Землю от заряженных частиц, исходящих от Солнца. Солнце генерирует свое собственное магнитное поле, называемое межпланетным магнитным полем (ММП), которое переносится солнечным ветром и взаимодействует с магнитным полем Земли.
При определённых условиях на дневной стороне Земли линии ММП Солнца и линии магнитного поля Земли могут разрываться и пересекаться, соединяя магнитное поле Земли с ММП. Солнечный ветер перемещает эти скрещенные линии к ночной стороне Земли и растягивает их в магнитный хвост.
В конечном счёте пересечённые линии снова разделяются, и земные магнитные линии воссоединяются с земными, а линии поля ММП воссоединяются с линиями поля ММП. Как только линии замыкаются, они возвращаются к Земле, ускоряя частицы поблизости и вызывая сияния в верхних слоях атмосферы.
Учёные проанализировали несколько изображений асимметричных сияний в северном и южном полушариях одновременно, а также изучили, как сияния изменялись с течением времени.
Наблюдения показали, что асимметрия полярных сияний уменьшается при увеличении магнитного пересоединения в хвосте, но при этом остаётся и в тех случаях, когда пересоединения практически не происходит. Это доказывает, что магнитное пересоединение не влияет на асимметрию.
В ходе исследования было обнаружено, что различия сияний вызваны давлением на магнитный хвост. Он постоянно сжимается солнечным ветром и ММП, и именно это неравномерное сжатие с разных сторон вызывает различия в полярных сияниях на разных полюсах. Сжатие зависит от направления ММП.
Линии пересечённых земного и солнечного полей скручиваются по мере приближения к магнитному хвосту. Это вызывает асимметричное нарастание давления на севере и юге. При направлении ММП, противоположном плоскости экватора (север-юг), давление на магнитосферу Земли симметрично. Но при пересечении солнечным магнитным полем земного в плоскости экватора (направление запад-восток) давление увеличивается неравномерно на дневной и ночной стороне. При этом в земном магнитном поле появляется наклон, который и объясняет, почему сияния иногда приобретают разные формы и появляются в разных местах полярных регионов.
Источник: news.agu.org
Перевод: Ольга Шатерникова