Fizycy Odkryli „Uśmiechnięte Elektrony” w Magnetosferze Ziemi, Co Ujawnia Mechanizmy Pogody Kosmicznej

Fizycy potwierdzili niedawno odkrycie unikalnego rozkładu prędkości elektronów, nazwanego „uśmiechniętymi elektronami”, w obrębie ochronnej magnetosfery Ziemi. To ustalenie dostarcza nowych perspektyw na mechanizmy rekoneksji magnetycznej, które są bezpośrednio odpowiedzialne za zakłócenia pogody kosmicznej. Badanie, kierowane przez docenta fizyki Jasona Shustera z Uniwersytetu New Hampshire (UNH), szczegółowo opisało tę strukturę w artykule naukowym.

Shuster, który od szesnastu lat bada rekoneksję magnetyczną, opracował nowatorską metodologię wizualizacji danych prędkości elektronów. Metodologia ta została zastosowana do obserwacji zebranych podczas misji Magnetospheric Multiscale (MMS) prowadzonej przez NASA, która rozpoczęła się 13 marca 2015 roku. Unikalny rozkład prędkości elektronów, przypominający kształtem uśmiech, występuje specyficznie w obszarze dyfuzji elektronów (EDR). EDR to kluczowy obszar, dotychczas trudny do szczegółowego zbadania, w którym dochodzi do interakcji pola magnetycznego Ziemi z wiatrem słonecznym.

Nowo odkryta struktura w kształcie uśmiechu stanowi teraz swoistą „mapę” pomagającą naukowcom w zrozumieniu fundamentalnych mechanizmów transferu energii w przestrzeni kosmicznej. Rekoneksja magnetyczna to zjawisko plazmowe polegające na nagłej rekonfiguracji linii pola magnetycznego, co skutkuje gwałtownym uwolnieniem energii i ciepła. Zrozumienie tej struktury jest kluczowe, ponieważ to właśnie zdarzenia rekoneksji magnetycznej napędzają pogodę kosmiczną, zgodnie z wynikami opublikowanymi w czasopiśmie *Nature: Communications Physics*.

Misja MMS, składająca się z czterech satelitów, została zaprojektowana do badania mikrofizyki rekoneksji, przyspieszania cząstek i turbulencji w magnetosferze Ziemi. Sukces w rozszyfrowaniu natury rekoneksji za pomocą tej nowej „mapy” umożliwi znacznie dokładniejsze prognozowanie zjawisk pogody kosmicznej. Zjawiska te mają bezpośredni wpływ na krytyczną infrastrukturę technologiczną, w tym satelity komunikacyjne, systemy nawigacji GPS, a potencjalnie także sieci energetyczne na Ziemi.

Lekkie, ujemnie naładowane elektrony nieustannie przemieszczają się wzdłuż linii pola magnetycznego, poruszając się znacznie szybciej niż cięższe jony. Gdy linie pola ulegają zmianie, elektrony docierają na miejsce niemal natychmiast, działając jako diagnostyka w czasie rzeczywistym. Jason Shuster z UNH przewidział istnienie tego wzoru na podstawie symulacji komputerowych, a następnie zweryfikował go w danych pomiarowych MMS. Odkrycie to otwiera nowe okno na to, jak zjawiska zachodzące w małej skali napędzają globalne skutki pogody kosmicznej, a jego zastosowanie rozciąga się na analizę środowisk plazmowych w całym kosmosie, w tym w pobliżu czarnych dziur i w urządzeniach fuzyjnych.