Магнитное поле волны свистовой моды (синие стрелки со спиралью), распространяющееся вдоль магнитного поля (фиолетовое), взаимодействует с электронами (красный), проходящим через него.
Предоставлено: Токийский университет.

Когда люди представляют космическое пространство, они часто представляют его как идеальный вакуум. На самом деле это впечатление ошибочно, потому что вакуум заполнен заряженными частицами. В глубинах космоса плотность заряженных частиц становится настолько низкой, что они редко сталкиваются друг с другом.

Вместо столкновений силы, связанные с электрическим и магнитным полями, заполняющими пространство, управляют движением заряженных частиц. Это отсутствие столкновений происходит во всем космосе, за исключением очень близких к небесным объектам, таких как звезды, луны или планеты. В этих случаях заряженные частицы больше не путешествуют через космический вакуум, а проходят через среду, где они могут столкнуться с другими частицами.

Вокруг Земли эти взаимодействия заряженных частиц генерируют волны, в том числе электромагнитные волны свистящей моды, которые рассеивают и ускоряют некоторые из заряженных частиц . Когда вокруг полюсов планет появляются диффузные полярные сияния, наблюдатели видят результат взаимодействия волн и электронов. Поскольку электромагнитные поля так важны для космической погоды, изучение этих взаимодействий должно помочь ученым предсказывать изменения интенсивности высокоэнергетических частиц. Это может помочь защитить астронавтов и спутники от наиболее серьезных воздействий космической погоды.

Команда, состоящая из назначенного доцента Наритоши Китамуры и профессора Йошизуми Миёси из Института космических и наук о Земле (ISEE) Университета Нагоя, а также исследователей из Токийского университета, Киотского университета, Университета Тохоку, Университета Осаки и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и несколько международных сотрудников в основном использовали данные, полученные с помощью спектрометров низкоэнергетических электронов, называемых Fast Plasma Investigation-Dual Electron Spectrometers, на борту многомасштабного магнитосферного космического корабля НАСА.

Они проанализировали взаимодействия между электронами и волнами свистовой моды, которые также были измерены космическим кораблем. Применяя метод использования анализатора взаимодействия волновых частиц, им удалось напрямую обнаружить текущую передачу энергии от резонансных электронов к волнам свистовой моды в месте нахождения космического корабля в космосе. Отсюда они вывели скорость роста волны. Исследователи опубликовали свои результаты в Nature Communications .

Наиболее важным открытием было то, что наблюдаемые результаты согласовывались с гипотезой о нелинейном росте в этом взаимодействии. «Впервые кто-либо непосредственно наблюдал эффективный рост волн в космосе для взаимодействия волна-частица между электронами и волнами свистовой моды», — объясняет Китамура.

«Мы ожидаем, что результаты будут способствовать исследованию различных взаимодействий волны и частицы, а также улучшат наше понимание прогресса в исследованиях физики плазмы. Как более конкретные явления, результаты будут способствовать нашему пониманию ускорения электронов до высоких энергий в радиационном поясе, которые иногда называют «электронами-убийцами», потому что они наносят ущерб спутникам, а также потери высокоэнергетических электронов в атмосфере, которые образуют диффузные полярные сияния».