Исследование под руководством доктора Майкла Старки из Юго-Западного научно-исследовательского института (SwRI) предоставило убедительные наблюдательные данные о присутствии ионов-захватов (PUIs) и связанной с ними волновой активности в солнечном ветре вблизи Земли.
Эти открытия, сделанные с помощью миссии НАСА Magnetospheric Multiscale (MMS), запущенной в 2015 году, проливают свет на ранее недооцененную роль этих частиц в динамике солнечного ветра. Ионы-захваты образуются, когда нейтральные частицы, движущиеся через гелиосферу, ионизируются в солнечном ветре. После ионизации эти заряженные частицы увлекаются солнечным потоком и начинают вращаться вокруг локального магнитного поля, формируя плазменную популяцию с уникальными характеристиками.
Наблюдения MMS показали, что PUIs обладают типичным распределением скорости, без значительного присутствия других энергетических ионных или электронных популяций. Анализ волновой активности, проведенный путем сопоставления магнитных данных миссии с теоретическими моделями, подтвердил, что PUIs могут генерировать волны в солнечном ветре вблизи Земли.
«Результаты этого исследования указывают на то, что PUIs действительно могут генерировать волны в солнечном ветре вблизи Земли и подчеркивают необходимость дальнейших статистических исследований этих процессов», — отметил доктор Старки. «Возможно, PUIs играют более значительную роль в нагреве и термализации солнечного ветра вблизи Земли, чем считалось ранее, что будет иметь серьезные последствия для моделей динамики солнечного ветра во всей гелиосфере». Исследователи смогли идентифицировать ионные компоненты, ответственные за наблюдаемые волны, путем раздельного моделирования солнечного ветра и PUIs. Вывод заключается в том, что волны, скорее всего, были вызваны ионами гелия и/или водорода, хотя ограничения приборов не позволили точно определить виды ионов.
На больших расстояниях от Солнца относительная плотность PUIs в солнечном ветре увеличивается, усиливая их роль в процессах нагрева и термализации через взаимодействие волн с частицами. На границах Солнечной системы они вносят значительный вклад в общее динамическое давление солнечного ветра, влияя на явления на терминальном ударном слое и в гелиооболочке.
«Вблизи Земли интенсивность PUIs относительно низка, и их вклад во взаимодействие волн с частицами в солнечном ветре обычно считается незначительным. Если это предположение неверно, то текущие теории и модели, касающиеся эволюции солнечного ветра в гелиосфере, потребуют пересмотра», — добавил доктор Старки. Эти выводы подчеркивают важность дальнейших исследований солнечного ветра и его взаимодействия с магнитосферой Земли для лучшего понимания процессов, влияющих на космическую погоду, и защиты нашей инфраструктуры от их воздействия. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics. Важно отметить, что в более ранних исследованиях, например, в работе 1987 года, моделировалась эволюция межзвездных ионов-захватов в солнечном ветре, предполагая их немедленную изотропизацию при ионизации и последующее развитие функции распределения по мере конвекции частиц с солнечным ветром. Это подчеркивает, как новые наблюдения MMS дополняют и уточняют наше понимание этих явлений.