Na ilustracji pokazano misję statku kosmicznego Klaster (powyżej) i THEMIS (poniżej) przelatujące przez magnetosheath Ziemi (turbulentny region graniczny między wiatrem słonecznym a magnetosferą naszej planety)
Po raz pierwszy naukowcy byli w stanie określić, ile energii jest przenoszone z dużych do małych skal w magnetosferze - obszar graniczny między wiatrem słonecznym a ochronną bańką magnetyczną naszej planety. Dane zostały zebrane przez Cluster i THEMIS od kilku lat. Analiza wykazała, że turbulencja jest kluczowa, dzięki czemu proces jest 100 razy bardziej wydajny niż w wietrze słonecznym.
Planety naszego systemu są myte przez wiatr słoneczny - naddźwiękowy strumień wysokoenergetycznych naładowanych cząstek uwalnianych przez główną gwiazdę. Kilka planet, w tym nasza, wyróżnia się, ponieważ mają pole magnetyczne - przeszkodę dla wiatru słonecznego.
Jest to kontakt między ziemskim polem magnetycznym a wiatrem gwiazdowym, który tworzy złożoną strukturę magnetosfery. Jest to bańka ochronna, która chroni planetę przed większością niebezpiecznych cząstek. Naukowcy byli w stanie wystarczająco zbadać procesy fizyczne w plazmie wiatru słonecznego i magnetosfery. Ale wciąż istnieją pytania dotyczące związku między tymi dwoma mediami i burzliwym obszarem zwanym magnetosheath.
Aby zrozumieć, w jaki sposób energia jest przesyłana z wiatru słonecznego do magnetosfery, należy zrozumieć, co dzieje się w magnetosferze. W wietrze gwiazdowym turbulencja wpływa na rozpraszanie energii z dużych do małych skal, gdzie cząstki plazmy nagrzewają się i przyspieszają do wyższych energii.
Podejrzewano, że ten sam mechanizm powinien działać na magnetosheath, ale nie można było tego zweryfikować. Plazma magnetosfery jest bardziej turbulentna, jest bardziej narażona na fluktuacje gęstości i bardziej skompresowana niż wiatr słoneczny. Dlatego naukowcy dopiero w ostatnich latach byli w stanie opracować teoretyczne granice do badania procesów fizycznych w podobnym środowisku.
Schematyczna ilustracja procesu kaskady energii w turbulentnej plazmie widzianej w magnetosheacie Ziemi
Naukowcy zbadali ilość informacji uzyskanych przez misje Cluster i THEMIS w latach 2007-2011. Stosując nowo utworzone narzędzia teoretyczne, uzyskali niesamowity wynik. Okazało się, że gęstość i fluktuacje magnetyczne wywołane przez turbulencje w magnetosferze zwiększają prędkość, z jaką energia spada z dużych do mniejszych skal 100 razy bardziej wydajnych niż w wietrze słonecznym. Analiza pokazuje, że w przybliżeniu 10–13 J energii na m 3 jest przesyłane co sekundę. Ponadto naukowcy uzyskali empiryczną korelację łączącą szybkość rozpraszania energii w magnetosheath z czwartą mocą o różnej wielkości wykorzystywaną do badania ruchu cieczy (turbulentna liczba Macha).
Prędkość jest trudna do określenia, jeśli sondy kosmiczne nie są używane, ale liczba Macha jest łatwiejsza do obliczenia za pomocą odległych obserwacji astrofizycznej plazmy znajdującej się poza granicami planet.
Naukowcy czekają na porównanie swoich wyników z pomiarami plazmy wokół innych planet słonecznych. Jest to możliwe dla misji Juno (Jupiter) i przyszłych lotów do satelitów Jowisza, a także BepiColombo.
