|
Ученые воспроизвели электромагнитные волны на Марсе
|
|
|
|
Китайские ученые воспроизвели наблюдаемые хоровые волны свистящей моды на Марсе, используя данные миссии Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) и сравнив их с явлениями на Земле. Они обнаружили, что и на Марсе, и на Земле наблюдаются хоровые волны вистлеровой моды, вызванные нелинейными процессами, при этом ключевую роль в развертке частоты играет неоднородность фонового магнитного поля. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, обеспечивает важную поддержку для понимания хоровых волн в марсианской среде и подтверждает ранее предложенную модель «Trap-Release-Amplify» (TaRA) в более экстремальных условиях. Хорусные волны свистовой моды представляют собой эмиссии электромагнитных волн, широко представленные в планетарных магнитосферах. Когда их электромагнитные сигналы преобразуются в звук, они напоминают гармоничный хор птиц ранним утром, отсюда и название «хоровые волны».
|
|
|
|
Волны хоруса могут ускорять электроны высоких энергий в космосе за счет резонанса, что приводит к быстрому увеличению потока электронов в радиационных поясах Земли во время геомагнитных бурь. Кроме того, они рассеивают высокоэнергетические электроны в атмосферу, создавая рассеянные и пульсирующие полярные сияния. Одной из характеристик волн хоруса является их узкополосная структура со сменой частоты. Механизм возбуждения этой размашистой структуры десятилетиями вызывал большой интерес, и ученые предлагали различные теоретические модели. Тем не менее, продолжаются споры о том, почему в волнах хоруса происходит свипирование по частоте и как рассчитать частоту свипирования. Одним из основных спорных вопросов является вопрос о том, играет ли неоднородность фонового магнитного поля решающую роль в качании частоты и как она влияет на явление качания.
|
|
|
Модель TaRA, ранее предложенная группой из Университета науки и технологий Китая Китайской академии наук, основана на современных теориях физики плазмы и предполагает, что развертка частоты хоровых волн в магнитосфере является результатом комбинированного влияние нелинейных процессов и неоднородности фонового магнитного поля. Модель дает соответствующую формулу для расчета частоты свипирования. Однако изменение неоднородности магнитного поля в магнитосфере Земли ограничено, что затрудняет проверку модели TaRA в пространстве с большим количеством параметров. Между Марсом и Землей существуют различные среды магнитного поля. Земля обладает глобальным дипольным магнитным полем, в то время как Марс имеет только локализованную остаточную намагниченность. В среде остаточной намагниченности Марса подобные события хоровой волны также наблюдались спутником MAVEN. Расчеты показывают разницу в пять порядков в неоднородности фонового магнитного поля между Марсом и Землей. Сравнивая волновые явления, наблюдаемые на Земле и Марсе, предложенную ранее модель TaRA можно проверить в более экстремальных условиях.
|
|
|
|
Чтобы проверить эту модель, в этом исследовании ученые из Университета науки и технологий Китая и их сотрудники наблюдали за распределением частиц на Марсе с помощью спутника MAVEN и объединили его с соответствующей моделью остаточного магнитного поля марсианской коры. Используя первопринципный метод моделирования частиц, ученые воспроизвели наблюдаемые явления хоровой волны на Марсе. Путем анализа фазового пространственного распределения частиц они подтвердили, что процесс охвата этих волн согласуется с процессом распространения хоровых волн на Земле, вызванных нелинейными процессами. Кроме того, ученые использовали два разных метода, предоставляемых моделью TaRA, для расчета частоты распространения хоровых волн и сравнивали их с результатами наблюдений и моделирования. Результаты показали высокую степень соответствия между частотами развертки, рассчитанными на основе нелинейных процессов и неоднородности фонового магнитного поля, и результатами моделирования.
|
|
|
|
Эти результаты показали, что, хотя Марс и Земля обладают различными магнитными и плазменными средами, наблюдаемые явления хоровых волн на Марсе следуют тем же фундаментальным физическим процессам, что и процессы в магнитосфере Земли. Это исследование подтвердило широкую применимость модели TaRA для описания размашистых физических процессов хоровых волн в экстремальных условиях с разницей в пять порядков неоднородности магнитного поля, что подтверждает существование хоровых волн на Марсе и обеспечивает поддержку для тестирования и применения модель TaRA в экстремальных условиях.
|
|
|
|
Источник
|
