Зонды Cluster проникают в "самое сердце" черных полярных сияний

Многие из нас наверняка слышали о полярных сияниях, а некоторые – даже наблюдали их воочию. Однако куда менее распространенными являются так называемые черные полярные сияния, которые наблюдаются на небе как черные полосы, прорезающие сплошную завесу обычных полярных сияний, светящихся, как правило, красным или зеленым светом.

На протяжении почти 15 лет четыре спутника Cluster Европейского космического агентства обращаются вокруг Земли, собирая информацию об электрических и магнитных полях, а также населенности частицами исследуемых зондами областей космического пространства, где возникают полярные сияния.

Пролетая тесным строем сквозь земную магнитосферу — невидимый магнитный «пузырь», окружающий нашу планету — эта четверка собрала к настоящему времени большое количество данных наблюдений, которые помогают пролить свет на физические процессы, происходящие в «колыбелях» полярных сияний, а также на тайны темных «прорезей», возникающих внутри мерцающих полярных сияний.

Известно, что полярные сияния возникают под действием потоков электронов, движущихся с ускорением вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Движущиеся с большой скоростью электроны сталкиваются с атомами в ионосфере на высотах от 100 до 600 километров над поверхностью Земли.

В то время как обычные полярные сияния возникают, когда электроны входят в ионосферу (т.н. восходящий ток), соседствующие с ними черные полярные сияния возникают, когда электроны покидают ионосферу (нисходящий ток) — то есть эти явления представляют собой нечто вроде антиподов обычных полярных сияний.

В настоящее время ученые из Соединенного королевства и Швеции под руководством Александра Рассела, доктора наук и научного сотрудника кафедры математики Университета Данди, СК, использовали огромный архив собранных спутниками Cluster научных данных для построения первой в мире модели, в мельчайших подробностях описывающей электрические поля и токи, возникающие в самом центре черных полярных сияний. Модель описывает электродинамическое взаимодействие между магнитосферой и ионосферой нашей планеты. Ключевую роль в ней играет горизонтальное движение ионов - так называемые токи Педерсена, которые замыкают электрический контур «восходящий ток (обычные полярные сияния) – горизонтальное движение ионов в ионосфере – нисходящий ток (черные полярные сияния)».

Исследование было опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research.