Ученые ИСЗФ доказали существование дрейфово-компрессионных волн в магнитосфере Земли, ранее предсказанных только в теории

Ученые Института солнечно-земной физики СО РАН совместно с коллегами из нескольких университетов Японии доказали существование дрейфово-компрессионных волн в магнитосфере Земли, ранее предсказанных только в теории. Статья «Direct evidence of drift-compressional wave generation in the Earth’s magnetosphere detected by Arase», посвященная этому открытию, опубликована в журнале Geophysical Research Letters (https://doi.org/10.1029/2023GL107707). Со стороны ИСЗФ среди авторов сотрудники лаборатории волновых процессов в космической плазме.

Как пояснил один из авторов статьи Александр Рубцов, изучение мелкомасштабных и очень динамичных процессов в околоземном пространстве требует использования более точных и сложных физических моделей, создаваемых с использованием кинетической теории. Она оперирует не макроскопическими параметрами, а функцией распределения частиц по энергиям. В рамках этого подхода была предсказана возможность существования в магнитосфере дрейфово-компрессионных волн – колебаний величины магнитного поля Земли, вызванных периодическими изменениями электрического тока, окружающего нашу планету. Теоретическое описание этих волн активно разрабатывали и учёные ИСЗФ.

Последние 20 лет исследователи приводили аргументы в пользу интерпретации наблюдаемых колебаний магнитного поля с помощью данной теории, однако окончательных доказательств приведено не было – не хватало экспериментальных данных. Окончательно выяснить, могут ли дрейфово-компрессионные волны возбуждаться в магнитосфере, оказалось возможным только после обработки данных новых научных спутников, запущенных несколько лет назад.

- Получается, что до последнего времени существование в магнитосфере Земли дрейфово-компрессионных волн было предсказано только в теории, однако на практике увидеть, как и через какое взаимодействие с заряженными частицами происходит возбуждение этого вида волн, не удавалось, - отметил Александр Рубцов. - В работе мы рассмотрели наблюдение такой волны японским спутником Arase, который оборудован множеством точных научных инструментов, позволяющих проследить все детали процесса возбуждения волны и ее развитие. В результате мы доказали правильность теории дрейфово-компрессионных волн, которая основывалась на кинетическом подходе, тогда как иные объяснения наблюдаемых процессов оказались несостоятельны. Таким образом, мы получили более полное представление о динамике плазмы в магнитосфере, ведь возбуждение волны связано именно с состоянием плазмы в околоземном космическом пространстве во время магнитных бурь и суббурь.

Этот результат был получен благодаря слаженной работе российских теоретиков и японских экспериментаторов. Авторы статьи смогли объединить наблюдательные данные и теорию, разработанную в ИСЗФ для дрейфово-компрессионных волн: проведенное моделирование показало практически полное совпадение с наблюдаемыми параметрами волны. Полученные выводы приблизили ученых к пониманию процессов, которые формируют постоянно меняющиеся условия в околоземной плазме и влияют на космические аппараты в космосе.