Точное моделирование магнитосферы предскажет космическую погоду

Построена серия моделей, которые адекватно описывают реальные процессы в тонких токовых слоях в магнитосфере Земли и их свойства. Полученные модельные результаты не только подтверждаются спутниковыми наблюдениями, но могут и предсказывать их. Об этом на 40-й Научной ассамблее Международного комитета по исследованию космического пространства (КОСПАР) рассказала Хельми Малова, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ), ведущий научный сотрудник Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН).
Институт космических исследований РАН
7799
  • 1 — Солнце 2 — исходящий от Солнца поток плазменных частиц 3 — магнитосфера Земли 4 — магнитопауза 5 — токовый слой хвоста магнитосферы Желтым цветом показана возможная локализация тонких токовых слоев.
    1 — Солнце 2 — исходящий от Солнца поток плазменных частиц 3 — магнитосфера Земли 4 — магнитопауза 5 — токовый слой хвоста магнитосферы Желтым цветом показана возможная локализация тонких токовых слоев. Фото: ИКИ РАН

Исходящие от Солнца плазменные частицы: протоны и электроны — как бы обтекают магнитосферу Земли, в результате чего образуется сравнительно тонкий токовый слой — магнитопауза, отделяющая магнитосферу от набегающего потока. Частицы плазмы попадают также внутрь магнитосферы, образуя в ее удлиненной части — хвосте — токовый слой. Толщина его зависит от условий взаимодействия потока солнечной плазмы с магнитосферой.

Во время магнитных возмущений — суббурь — токовый слой хвоста может сжиматься от толщины в десятки тысяч километров до нескольких сотен километров, а потом разрушаться в ближней к Земле области. Разрушение тонкого токового слоя может происходить также и при чрезмерно большом скоплении захваченных в нем частиц. После разрыва токового слоя потоки ускоренных частиц устремляются, с одной стороны, в полярные области Земли, в результате чего наблюдаются полярные сияния. С другой стороны, разрыв токового слоя вызывает образование гигантских плазменных «пузырей» — плазмоидов, которые улетают прочь от планеты и, в конечном счете, покидают магнитосферу.

Главная особенность построенной серии моделей в том, что они учитывают структуру и эволюционную динамику тонких токовых слоев в магнитосфере Земли. «Слои могут расщепляться, деформироваться, совершать колебания, разрушаться. Это как «живой организм», он постоянно меняется, эволюционирует, в нем происходят сложные процессы», — поясняет Хельми Малова.

Модели созданы в рамках научной кооперации между учеными МГУ и РАН (научным руководителем группы исследователей является Лев Зеленый, директор ИКИ РАН, академик РАН). Читать далее

С помощью разрабатываемых моделей исследования свойств тонких токовых слоев в магнитосфере Земли проводятся сотрудниками НИИЯФ МГУ, физического факультета Московского университета, ИКИ РАН и Института прикладной геофизики Кольского научного центра РАН. Изучение динамики частиц в тонких токовых слоях проводится в кооперации с Домиником Делькуром, ученым мировой известности из Эколь Политекник в Париже, а также Суржей Шарма, сотрудником Мерилендского университета в Колледж-Парке США, специалистом по динамическому хаосу в сложных системах. Некоторые результаты спутниковых наблюдений в космосе, проводимые группой профессора Вольфганга Баумйоханна из Австрийской академии наук, сопоставлялись с модельными результатами, и было получено хорошее согласование между ними.

Исследование тонких токовых слоев в магнитосфере Земли требуется для понимания фундаментальных основ взаимодействия космической плазмы и электромагнитных полей в межпланетном и космическом пространстве, необходимых для мониторинга и предсказания космической погоды.

«Космическую погоду нужно предсказывать не только для того, чтобы предупредить об угрозе спутникам или космонавтам. Интенсивные потоки заряженных частиц в ионосфере индуцируют сильные электрические токи на поверхности Земли, которые могут повреждать газопроводы, системы навигации и связи, трансформаторные подстанции, оставляя целые города без электричества», — сказал Виктор Попов, доктор физико-математических наук, профессор МГУ, ИКИ РАН и Финансового университета.

Результаты работы представлены на КОСПАР двумя докладами: «Квазиадиабатический токовый слой с магнитным сдвигом: структура и эволюция» и «Токовый слой магнитосферного хвоста в режиме хаотической динамики частиц плазмы».

Комментарии