Модель связала неравномерность волн на границе магнитосферы с наклоном магнитного поля Земли

Исследователи Университета Оулу объяснили, почему волны на границе магнитосферы Земли возникают неравномерно. Оказалось, что направление межпланетного магнитного поля и наклон земной магнитной оси влияют на то, где солнечный ветер сильнее возмущает магнитный щит планеты.

Работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters. Учёные использовали глобальные магнитогидродинамические модели, чтобы изучить волны Кельвина-Гельмгольца на границе магнитосферы — магнитопаузе.

Эти волны возникают, когда быстрый солнечный ветер проходит вдоль внешней границы магнитосферы, а два соседних потока движутся с разной скоростью. В результате граница начинает волноваться, образуя крупные вихревые структуры.

Ранее было известно, что активность таких волн различается на утренней и вечерней сторонах магнитосферы. Однако физическая причина этой асимметрии оставалась неясной.

Новое исследование показало, что магнитное поле солнечного ветра не обтекает Землю равномерно. Оно «складывается» вокруг магнитосферы, и от направления его восточно-западной компоненты, обозначаемой IMF By, зависит, где волны усиливаются, а где подавляются.

При положительном значении IMF By наибольшая активность волн Кельвина-Гельмгольца приходилась на зимнее полушарие и утренний сектор магнитосферы. При отрицательном значении картина менялась, и наиболее активной становилась другая сторона.

Причина — в геометрии магнитного поля. Асимметричное обтекание магнитосферы создаёт разные условия для сдвига скорости на границе и для магнитного пересоединения. Там, где поле сильнее стабилизирует границу, волны растут хуже, а где стабилизация слабее — активность выше.

Понимание этих процессов важно для прогнозирования космической погоды. Волны Кельвина-Гельмгольца могут способствовать переносу плазмы и энергии солнечного ветра внутрь магнитосферы, что влияет на геомагнитную активность и полярные сияния.

Исследование основано на моделировании при отрицательном наклоне магнитного диполя. Поэтому выводы наиболее применимы к условиям, когда земная магнитная ось наклонена от Солнца, а для других сезонов и ориентаций поля требуются дополнительные расчёты.