Солнечные линзы облака
Когда Дэвид Копперфильд прокладывает себе путь через Великую Китайскую стену с большой помпой и усилиями, это не стоит и упоминать по сравнению с частицами солнечного ветра: они без проблем проходят через магнитный щит Земли - и никто не знает, как они это делают.
Ничто в жизни не идет гладко. Это особенно верно для космического пространства: вся миссия по изучению солнечных ветров чуть не провалилась после того, как вскоре после запуска 4 июня 1996 года ракету Ariane 5 пришлось взорвать из-за технических проблем вместе с четырьмя спутниками Cluster.
По сей день кусок мусора на потолке в диспетчерской Европейского центра космических операций (ESOC) в Дармштадте является напоминанием о катастрофе. Фрагмент, очевидно, с тех пор оказался талисманом на удачу: миссия, перезапущенная после аварии, с момента перезапуска в 2000 году работает чрезвычайно успешно. Теперь ученые сообщают об еще одном открытии: магнитной турбулентности солнечного ветра вокруг Земли. Они представляют угрозу для спутников связи и объектов на Земле.
Раньше считалось, что солнечный ветер - поток заряженных частиц, который наша центральная звезда непрерывно выдувает в космос - вдавливает защитное магнитное поле Земли так, что оно становится плоским на солнечной стороне и вытягивается в форме парабола в другом направлении. В противном случае он должен позволить линиям магнитного поля проходить плавно и равномерно. Если бы все было так просто… Текущие измерения со спутников Кластера учат нас обратному. Силовые линии магнитного поля Солнца и Земли создают огромные турбулентности, которые могут быть в три раза больше Земли с диаметром до 40 000 километров.
Согласно данным, эти водовороты собирают огромное количество ионизированных газов от Солнца, которые могут постепенно перемещаться на Землю, где они воспламеняют такие вещи, как полярные сияния. Ученые называют вихри, обнаруженные зондами Cluster, нестабильностями Кельвина-Гельмгольца. Они возникают, когда два соседних потока скользят друг мимо друга с разной скоростью. Подобные явления можно наблюдать и на земле, например, когда сквозняк дует над поверхностью воды и создает там небольшие волны или когда ветер дует над горным хребтом с фоэном. Затем часто образуются так называемые чечевицеобразные или линзовые облака - для пилотов планеров и парапланов четкий предупреждающий сигнал о возможной опасной турбулентности.
Поток частиц от солнца тоже может быть опасен, особенно для технических устройств. Если он достигнет атмосферы или даже земли, он может создать серьезные электромагнитные помехи, которые повредят спутники связи или вызовут перебои в подаче электроэнергии, как это недавно произошло на северо-востоке США и в Канаде, а также на юге Швеции. Быстрые и мощные порывы солнечного ветра, устремляющиеся к Земле, вызывают резкие скачки напряжения в высоковольтных линиях электропередач и могут вызвать аварийные отключения на электростанциях.
Однако обнаружение магнитных вихрей представляет в первую очередь научный интерес. Астрономам давно известно, как солнечный ветер достигает Земли, когда линии магнитного поля Солнца и Земли направлены в противоположные стороны: силовые линии «сливаются» друг с другом. Локальное временное слияние позволяет ионизированным газам проникать через магнитный щит Земли, где они затем создают великолепное северное сияние.
Однако, если силовые линии магнитного поля Земли и Солнца параллельны, солнечному ветру практически невозможно приблизиться к Земле. Тем не менее измерения с другими спутниками с 1987 года уже показали, что тогда присутствовало еще большее количество частиц газа от Солнца. Это долгое время озадачивало ученых.
Водовороты теперь могут быть объяснением этого. Они могут одновременно направлять большое количество солнечных частиц через магнитопаузу - пограничный слой между магнитными полями Земли и Солнца. Но точные детали этой игры с солнечным ветром пока неизвестны. Спутникам Cluster придется присмотреться повнимательнее, чтобы выяснить, как такое огромное количество ионов проходит через магнитную стену.