Японські фізики вперше отримали пряме підтвердження теорії, згідно з якою пульсуючі полярні сяйва «запускають» електрони, що потрапляють у верхні шари атмосфери Землі через взаємодію з плазмовими хвилями в магнітосфері планети. Наукова робота опублікована в журналі.
Одне з найкрасивіших явищ природи - полярні сяйва - давно викликає інтерес вчених. У полярних областях Землі часто можна спостерігати появу яскравих дуг, які можуть раптово розпадатися і зникати, згодом з'являючись у вигляді пульсуючих розмитих плям, що покривають великий простір на висотах близько 100 кілометрів, з періодом пульсацій від одиниць до десятків секунд. Раніше вчені припускали, що пульсуючі сяйва можуть виникати при взаємодії електронів з енергіями від декількох до десятків кілоелектронвольт з атомами і молекулами верхніх шарів атмосфери. Однак магнітне поле Землі являє собою величезну пастку для заряджених частинок і механізм потрапляння магнітосферних електронів в атмосферу до кінця не був зрозумілий.
Передбачається, що за це може бути відповідальна взаємодія магнітосферних електронів з плазмовими хвилями, в результаті чого частина електронів потрапляє у верхні шари атмосфери. Справа в тому, що наша планета оточена шаром щільної холодної плазми, плазмосферою, нижня межа якої знаходиться на висоті близько 1000 кілометрів над поверхнею Землі, а верхня - на відстані від трьох до семи земних радіусів. Плазмосферу заповнює протон-електронна плазма, яка утримується магнітним полем планети і обертається під дією електричного поля коротації - поля, створюваного обертовим магнітом (в даному випадку Землею).
За межами плазмосфери починається область розрідженої плазми. Під дією електричних і магнітних полів складові плазму заряджені частинки починають здійснювати складні коливальні рухи. Такі коливання заряджених частинок, викликані поширенням електромагнітних хвиль, отримали назву «хорових» плазмових хвиль (chorus waves). Плазмові хвилі, що виникають поблизу магнітного екватора, починають поширюватися до полюсів і взаємодіють з потоками електронів, що рухаються ним назустріч. Велика частина електронів зазнає розсіювання на хвилях, деяка їх кількість залишає магнітну пастку і під дією електричного поля плазмової хвилі прямує у верхні шари атмосфери Землі.
Для перевірки цієї гіпотези група дослідників під керівництвом Сатоші Касахара (Satoshi Kasahara) провела під час магнітосферної суббурі 27 березня 2017 року одночасні вимірювання потоків електронів і спостереження пульсуючих полярних сяйв. Потоки електронів реєструвалися космічним апаратом ERG, пульсуючі полярні сяйва фіксувалися наземним масивом камер ASIs (All-Sky Imagers) місії THEMIS. Порівняння даних, отриманих космічним апаратом і земною апаратурою, продемонструвало зв'язок між змінами електронного потоку і пульсацією полярних сяйв. Потоки електронів високих енергій були зареєстровані поблизу магнітного екватора, в тій же області, де були помічені плазмові хвилі, а їх енергії було достатньо, щоб ініціювати полярні сяйва.
Раніше ми розповідали про те, як вченим вдалося записати звуки плазмових хвиль, а також про те, як пульсуюче північне сяйво було виявлено на Юпітері.