1 - Солнце; 2 - исходящий от Солнца поток плазменных частиц; 3 - магнитосфера Земли; 4 – магнитопауза; 5 - токовый слой хвоста магнитосферы. Жёлтым цветом показана возможная локализация тонких токовых слоёв. Изображение: Хельми Малова
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. Доклады об этом будут сделаны на 40-й Научной ассамблее Международного комитета по исследованию космического пространства (КОСПАР) Хельми Маловой, доктором физико-математических наук, старшим научным сотрудником Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ), ведущим научным сотрудником Института космических исследований Российской академии наук (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 её 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 нём 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 счёте, покидают магнитосферу.
Главная особенность построенной серии моделей в том, что они учитывают структуру и эволюционную динамику тонких токовых слоёв в магнитосфере Земли. «Слои могут расщепляться, деформироваться, совершать колебания, разрушаться. Это как «живой организм», он постоянно меняется, эволюционирует, в нём происходят сложные процессы», - поясняет Хельми Малова.
Модели созданы в рамках научной кооперации между учёными МГУ и РАН (научным руководителем группы исследователей является Лев Зелёный, директор ИКИ РАН, академик РАН).
С помощью разрабатываемых моделей исследования свойств тонких токовых слоёв 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, учёным 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 слоёв 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.