Вдали от Земли обнаружены «чирикающие» хоровые волны, представляющие угрозу для космических аппаратов.

Космическое пространство изобилует электромагнитными волнами и заряженными частицами. Из-за огромных расстояний между частицами их столкновения происходят крайне редко. Поэтому электромагнитные волны считаются основными «передатчиками» энергии в космосе, ускоряя и рассекая частицы.

«Свистящие» хоровые волны — одни из самых мощных электромагнитных волн, которые образуются естественным образом в космосе. Ученые изучают их уже более 70 лет, исследуя не только околоземное пространство, но и области вокруг Марса, Юпитера и Сатурна. Если преобразовать эти волны в звуковые на частотах, воспринимаемых нашим слухом, их звучание напоминает чириканье птиц.

На основании многолетних наблюдений, было установлено, что хоровые волны играют значительную роль в ускорении формирования и динамике радиационных поясов Земли, возникновении пульсирующего северного сияния и передаче энергии частиц в атмосферу нашей планеты.

Несмотря на долгие годы исследований, ученые до сих пор не могут точно объяснить, как образуются эти хоровые волны. Основная причина заключается в отсутствии прямых измерений обмена энергиями внутри волн. Инструменты космических аппаратов не смогли собрать необходимые данные из-за высоких энергий частиц и мощного магнитного поля вблизи Земли. При этом хоровые волны искали только на расстоянии до 10 радиусов планеты, поскольку предполагалось, что дипольное магнитное поле Земли оказывает влияние на их формирование.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые впервые описали хоровые волны на расстоянии 165 тысяч километров от Земли, в «хвосте» магнитосферы. Исследователи использовали данные наблюдений, собранные четырьмя спутниками MMS (NASA) в декабре 2019 года.

На расстоянии в 26 радиусов планеты магнитное поле уже значительно растянуто и теряет свой дипольный эффект. Обнаруженные там волны длились примерно 0,1 секунды, имели нарастающую природу и частоту «чириканья», близкую к 100 герц. По своим характеристикам они очень схожи с волнами вблизи Земли, что указывает на то, что сильное дипольное поле не является обязательным условием для их формирования.

Согласно новым данным наблюдений, авторам исследования удалось измерить взаимодействия внутри волн. Было показано, что хоровое излучение возникало «на месте», получая энергию от электронов — вероятно, тепловых электронов с энергией около трех килоэлектронвольт.

Импульсы хоровых волн эффективно ускоряют электроны, что увеличивает риск для радиационных поясов Земли. Эти пояса могут повредить инструменты космических аппаратов и представляют опасность для космонавтов. Изучение природы хоровых волн поможет найти способы минимизации их негативных последствий.