Экспериментальные исследования в лаборатории в полной мере соответствовали теоретическим расчетам, установившим связь между возникновением полярных сияний и ускорением электронов посредством Альвеновских волн в плазме.
Поток заряженных частиц, прибывающий из космоса, вызывает столкновения электронов с ионами кислорода и азота в верхних слоях атмосферы, что приводит к появлению красных и зеленых вспышек полярных сияний. Предполагается, что магнитное поле планеты формирует волны в разреженной плазме, которые запускают и направляют эти частицы.
Взаимодействие электромагнитных волн с заряженной плазмой вызывает ее колебания, что приводит к возникновению магнитогидродинамических волны Альвена. «Навстречу Земле или другой планете электроны, подобно серферам, скользят по магнитным полям — ведь полярные сияния наблюдаются не только в нашей планете, например на Сатурне. Теперь этот механизм удалось подтвердить и в ходе точного лабораторного эксперимента. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Джеймс Шредер, профессор Колледжа Уитон, и его соавторы разработали «большое плазматическое устройство» (LAPD) – аппарат, представляющий собой трубку длиной более 16 метров и диаметром около метра, содержащую разреженную плазму. Антенна, установленная в одном из концов трубы, генерировала электромагнитные волны, которые приводили к возникновению Альвеновских волн.
Изучив траекторию движения электронов в LAPD, исследователи зафиксировали, что они передают энергию посредством волн, причем их скорость соответствует результатам расчетов, изначально разработанным для объяснения полярных сияний. Как отмечают ученые, как эксперименты, так и теоретические модели и компьютерное моделирование показывают четкую взаимосвязь между альвеновскими волнами и ускорением электронов, что непосредственно связано с образованием полярных сияний».