Лабораторные эксперименты полностью подтвердили теоретические расчеты, которые связали появление полярных сияний с ускорением электронов Альвеновскими волнами в плазме.
Когда поток заряженных частиц устремляется из космоса к Земле, многочисленные электроны сталкиваются с ионами кислорода и азота в верхних слоях атмосферы, окрашивая небо красными и зелеными сполохами полярных сияний. Считается, что их вовлекают в движение и направляют волны, возникающие в разреженной плазме под влиянием магнитного поля планеты.
Электромагнитные волны заставляют заряженную плазму колебаться, создавая магнитогидродинамические волны Альвена. «Оседлав» их, словно серферы, электроны устремляются по направлению к Земле — или другой планете, ведь полярные сияния существуют и в других мирах, например на Сатурне. Теперь этот механизм удалось продемонстрировать и во время точного лабораторного эксперимента. О нем ученые пишут в новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Профессор Колледжа Уитон Джеймс Шредер (James Schroeder) и его коллеги построили «большое плазматическое устройство» (Large Plasma Device, LAPD) — трубку диаметром около метра и более 16 метров длиной, заполненную разреженной плазмой. Расположенная в одном конце трубы антенна запускала по ней электромагнитные волны, которые вызывали появление Альвеновских волн.
Проследив за полетом электронов по LAPD, авторы подтвердили, что они увлекаются в движение волнами, причем набирают скорость именно так, как предсказывали расчеты, проведенные для полярных сияний. Ученые резюмируют: «Теперь и эксперименты, и теория, и компьютерные симуляции демонстрируют ясную причинно-следственную связь между Альвеновскими волнами и ускорением электронов, что напрямую ведет к возникновению полярных сияний».