Астрономи вперше довели космічну природу полярного сяйва

Міжнародна група науковців вперше встановила механізм, який забезпечує енергією полярне сяйво на Землі. Дослідження, опубліковане в журналі Nature Com­mu­ni­ca­tions, показало, що джерелом прискорення заряджених частинок є хвилі Альфвена — плазмові коливання, які поширюються вздовж силових ліній магнітного поля та діють як «космічна батарея», безперервно підживлюючи електричні поля.

Команда під керівництвом Університету Гонконгу та Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі зосередилася на давній проблемі: хоча електричні поля, що спрямовують частинки до атмосфери, були відомі давно, залишалося незрозумілим, яке джерело підтримує їхню дію. Без постійного підживлення такі поля мали б зникати за секунди.

Ключем до розв’язання стало застосування «планетарного підходу», заснованого на досвіді досліджень магнітосфер Юпітера та Сатурна. Аналіз показав, що хвилі Альфвена виконують роль природних прискорювачів частинок, забезпечуючи їхній рух із високою швидкістю в атмосферу та створюючи яскраве світіння.

Порівняльна схема процесів прискорення полярних сяйв на Землі та Юпітері. Джерело зображення: С. Тян та Ц. Яо

Для перевірки моделі використали дані супутникових місій NASA Van Allen Probes і THEMIS. Спостереження підтвердили, що хвилі Альфвена постійно поповнюють енергію в зоні аврорального прискорення, не даючи електричним полям згаснути. Саме це пояснює тривале існування полярного сяйва, а не лише короткі спалахи.

За словами професора Чжунхуа Яо з Університету Гонконгу, відкриття дає остаточну відповідь щодо фізики земного полярного сяйва та пропонує універсальну модель для інших планет. Оскільки хвилі Альфвена є фундаментальним явищем плазмової фізики, той самий механізм, ймовірно, живить потужні авроральні прояви на Юпітері, Сатурні та навіть за межами Сонячної системи.