«Чирикаючі» хорові хвилі, що загрожують космічним апаратам, виявили на відстані від Землі.

Космічний простір наповнений електромагнітними хвилями та зарядженими частинками. Оскільки відстані між частинками є надто великими, вони надзвичайно рідко стикаються одна з одною. Тому електромагнітні хвилі вважаються найважливішими «передавачами» енергії у космічному просторі, прискорюючи та розсіюючи частинки.

«Свистячі» хордові хвилі — одні з найпотужніших електромагнітних хвиль, які природно утворюються в космічному просторі. Вчені досліджують їх протягом більше 70 років, причому не лише поруч із Землею, а ще й у районі Марса, Юпітера та Сатурна. Якщо перетворити ці хвилі у звукові на частотах, які чують наші вуха, їх звучання нагадує щебетання птахів.

Згідно з даними спостережень, хордові хвилі відіграють важливу роль у прискоренні формування та динаміці радіаційних поясів Землі, виникненні пульсуючого північного сяйва та передачі енергії частинок в атмосферу планети.

Незважаючи на десятиліття досліджень, вчені досі не впевнені, як утворюються ці хордові хвилі. Одна з основних причин — відсутність прямих вимірювань обміну енергіями всередині хвиль. Інструменти космічних апаратів не могли зібрати відповідні дані через високі енергії частинок та сильне магнітне поле поблизу Землі. При цьому хордові хвилі шукали лише на відстані до 10 радіусів від планети, оскільки вважалося, що дипольне магнітне поле Землі відіграє роль у їх формуванні.

У новій роботі, опублікованій у журналі Nature, вчені вперше описали хордові хвилі на відстані 165 тисяч кілометрів від Землі, у «хвості» магнітосфери. Дослідники використали дані спостережень, зібрані чотирма супутниками MMS (NASA) у грудні 2019 року.

На відстані 26 радіусів планети магнітне поле вже сильно розтягнуте і втрачає свій дипольний ефект. При цьому виявлені там хвилі тривали приблизно 0,1 секунди, мали наростаючу природу і частоту «щебетання», близьку до 100 герц. За параметрами вони дуже схожі на хвилі поблизу Землі, а значить, сильне дипольне поле — не обов'язкова умова їх формування.

Згідно з новими даними спостережень, авторам дослідження вдалося виміряти взаємодії всередині хвиль. Вони показали, що хордовий випромінювання виникало «на місці», підживлюючись енергією від електронів — ймовірно, теплових електронів з енергією приблизно три кіловольти.

Імпульси хордових хвиль добре прискорюють електрони, посилюючи небезпеку радіаційних поясів Землі. Ці пояси шкодять інструментам, що пролітають космічних апаратів, і становлять загрозу для космонавтів. Вивчення природи хордових хвиль допоможе знайти рішення, які дозволять мінімізувати негативні ефекти.