Pomalé kolísání slunečního větru ovlivňuje magnetické pole Země

Kosmické počasí působí nejen ve vesmíru, ale i na Zemi, potvrzuje další studie v časopise Nature Physics. Mezinárodnímu vědeckému týmu se podařilo pochopit, jak se pomalé kmitání magnetického pole šíří z oblasti slunečního větru, která je od Země vzdálená i sto tisíc kilometrů, až k zemskému povrchu, kde jej zaznamenávají pozemní magnetometry. Jedním z členů mezinárodního výzkumného týmu byl i Jan Souček z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR, který se podílel na analýze družicových dat a interpretaci výsledků.

Sluneční vítr, tedy proud řídkého plazmatu, elektromagneticky působí na siločáry zemského pole a deformuje je do bubliny zvané magnetosféra. Protože proudí rychlostí větší, než je rychlost zvukových vln v tomto médiu, vzniká před zemskou magnetosférou rázová vlna podobná těm, které se vyvíjejí před nadzvukovými letadly v atmosféře. Tato rázová vlna tvoří hranici, na níž se nadzvukové plazma zpomaluje na podzvukovou rychlost a současně ohřívá před tím, než dosáhne samotné magnetosféry.

„Rázová vlna je také doprovázena skokovou změnou elektromagnetického pole, které odráží část nabitých částic slunečního větru, jež potom proudí podle siločar meziplanetárního magnetického pole zpátky proti proudu slunečního větru a vyvolávají v plazmatu takzvané nestability. Tyto nestability pak vedou k jeho rozvlnění a v tomto případě ke vzniku silných oscilací s periodou asi 30 sekund,“ doplňuje Jan Souček z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR.

V mezinárodní anglické terminologii se přechodová oblast mezi rázovou vlnou a magnetosférou nazývá „magnetosheath“ a oblast slunečního větru ovlivněná odraženými částicemi „foreshock“.

Pomalé kmitání pronikne rázovou vlnou

Vědeckému týmu se pod vedením Lucile Turc z Helsinské univerzity podařilo pomocí numerických simulací a dat z umělých družic pochopit mechanismus, jak tyto třicetivteřinové oscilace zpětně působí na rázovou vlnu a mohou pak ovlivňovat globální geomagnetické pole. Výsledky z rozsáhlých počítačových simulací celé magnetosféry vědci porovnali s měřením konstelace amerických družic MMS (Magnetospheric Multi-Scale). Studie ukazuje, že tyto vlny narušují čelo rázové vlny, vzniklá porucha se potom šíří směrem k Zemi skrze plazma přechodové oblasti a dokáže vyvolat pulzace geomagnetického pole, které jsou často pozorovány jak na umělých družicích, tak sítěmi pozemních magnetometrů.

„Pulzace magnetického pole, říká se jim Pc3, mají vliv na dynamiku radiačních pásů v okolí Země. V těchto radiačních pásech jsou geomagnetickým polem zachycené vysokoenergetické elektrony a protony, které kmitají mezi severním a jižním magnetickým pólem. Pc3 pulzace můžou ovlivňovat jejich množství a způsobovat jejich únik z radiačních pásů,“ vysvětluje Jan Souček.

Kosmické počasí může způsobit výpadky i na Zemi

Tyto procesy jsou součástí takzvaného kosmického počasí, kdy sluneční aktivita ovlivňuje geomagnetické pole Země a právě radiační pásy. Geomagnetické bouře a poruchy mohou způsobovat kromě polární záře také poruchy umělých družic v důsledku zvýšených toků energetických částic, výpadky navigačních systémů a další anomálie v elektronických systémech. 

Například silná sluneční bouře z roku 1859 způsobila selhání telegrafních systémů v Evropě a Severní Americe. Podobně telegrafy vyřadila polární záře v roce 1882 a geomagnetická bouře ve dvacátých letech minulého století poškodila nejen telegrafické spojení, ale i elektronická zařízení po celém světě.

Kontakt:

Ing. Jan Souček, Ph.D.
Ústav fyziky atmosféry AV ČR
soucek@ufa.cas.cz

Článek v Nature Physics: Transmission of foreshock waves through Earth’s bow shock

Výzkum začal už v roce 2018 v rámci výzkumného tematického týmu podpořeného International v rámci Výzkumný tematický tým podpořený International Space Science Institute v Bernu ve Švýcarsku začal s bádáním už v roce 2018. Práce probíhala několik let a zahrnovala několik workshopů právě v ISSI v Bernu.

Fluktuace magnetického pole v okolí zemské magnetosféry z počítačové simulace programem Vlasiator, masivně paralelním výpočetním softwarem, který dokáže věrně simulovat dynamiku plazmatu v okolí Země. Černé šipky označené IMF ukazují směr meziplanetárního magnetického pole. Země je v centru obrázku, vzdálenosti na osách jsou v zemských poloměrech. Obrázek samotný ukazuje v barevném kódu intenzitu magnetického pole v okolí Země.

Přečtěte si také

• V Praze se otvírá high-tech centrum pro nová léčiva
• Větší, čistší a bez defektů. Vědci našli nový způsob vytváření 2D materiálů
• Nová metoda pro enzymovou syntézu potenciálních RNA léčiv
• Zvídavost vpřed! Zájemci se můžou hlásit na doprovodný program Veletrhu vědy
• O víkendu foťte rostliny i ptáky! Šest českých měst soutěží v největší výzvě
• Nový pohled do embryonálního vývoje a na protein CKD13
• Rizika reformy doktorského studia
• Dnes se schází Akademický sněm, nejvyšší orgán Akademie věd
• Candáti na Lipně bojují o přežití. Vědci budou kontrolovat jejich hnízda
• Vědci vyvinuli strategii, jak určit, zda bude nanoterapie účinná pro pacienta