Ученые из Иркутска и Пекина изучат процессы в космической плазме

Ученые из Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск) и Пекинского университета реализуют совместный проект по исследованию взаимодействия ультранизкочастотных волн (УНЧ-волн) и высокоэнергичных заряженных частиц в космической плазме, пишет газета «Наука в Сибири».

Грант на исследование выделен Российским фондом фундаментальных исследований и аналогичной китайской структурой, научными коллективами руководят заведующий лабораторией изучения плазменно-волновой структуры магнитосферы ИСЗФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Дмитрий Юрьевич Климушкин и профессор Пекинского университета Киуганг Зонг. Проект рассчитан на два года.

Ультранизкочастотными волнами называются колебания плазмы и магнитного поля в земной магнитосфере с периодами от нескольких секунд до десяти минут, распространяющиеся со скоростями до тысячи километров в секунду. Эти волны являются важным фактором космической погоды, так как способны переносить электромагнитную энергию в магнитосфере на огромные расстояния без существенного рассеивания. Они взаимодействуют с такими высокоэнергичными заряженными частицами, как ионы кольцевого тока, электроны радиационных поясов. С одной стороны, это взаимодействие вызывает ускорение энергичных частиц и их транспортировку между различными регионами магнитосферы. С другой — некоторые популяции частиц неустойчивы в своей среде и могут быть источником свободной энергии для генерации волн. При определенных условиях частицы могут вступать в резонанс с волнами, и именно в этих случаях возможны как генерация волн частицами, так и эффективное ускорение заряженных частиц. Проявления этих резонансов ученые изучают с помощью таких спутниковых миссий, как THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms), Van Allan Probe и MMS (Magnetospheric Multi Scale), а также с помощью радаров, находящихся в распоряжении ИСЗФ СО РАН. 

«Некоторые важные вопросы взаимодействия УНЧ-волн и частиц остаются неясными, — подчеркнул Дмитрий Климушкин. — Например, непонятно, где расположены области ускорения, насколько эффективны эти процессы, какие типы волн представляют собой самые результативные ускорительные механизмы и в каких областях магнитосферы. Эти вопросы являются ключевыми в понимании транспорта и ускорения электронов радиационных поясов и ионов кольцевого тока. Ответы мы и хотим получить при работе над проектом».

Ученые планируют исследовать поведение и совместную динамику волн и частиц с помощью спутниковых и радарных наблюдений. Кроме того, будут проведены теоретические и численные исследования взаимодействия УНЧ-волн с частицами, чтобы сопоставить их с данными экспериментов.

«В результате мы должны выйти на новый уровень понимания высокоэнергетических процессов в космической плазме, — отметил Дмитрий Климушкин. — Физику этого взаимодействия надо знать в том числе из прикладных соображений: плазма магнитосферы — это среда, где перемещаются космические аппараты».

На 2020 год запланировано изучение поведения альфвеновских волн в космической плазме и анализ взаимодействия этих волн с энергичными частицами. Обмен данными с китайскими коллегами осуществляется постоянно, на апрель был намечен совместный семинар, однако он, скорее всего, будет перенесен из-за распространения в Китае коронавирусной инфекции.