Магнитният щит на Земята крие изненадващ обрат: електрическите ѝ заряди са обърнати спрямо това, което учените някога са предполагали
Някога се смяташе, че земната магнитосфера има прост модел на електрическа полярност, но това се оказа невярно. Нови сателитни данни и усъвършенствани симулации показват, че сутрешната страна на магнитосферата носи отрицателен заряд, а не положителен, както дълго се смяташе.
Изследователи от университетите в Киото, Нагоя и Кюшу установяват, че докато полярните региони запазват очакваната полярност, екваториалните области я обръщат напълно.
Областта от пространството, контролирана от магнитното поле на Земята, се нарича магнитосфера. В този огромен магнитен балон учените са наблюдавали електрическо поле,
Въздействието на слънчевия вятър върху магнитосферата генерира електрическо поле във вътрешната магнитосфера, наричано конвекционно поле, което се простира от сутрешната до вечерната страна на Земята. Токовете, подравнени с полето, текат в йоносферата от сутрешната страна и излизат от йоносферата от вечерната страна. Променливостта на потока на слънчевия вятър определя магнитосферната активност, която обикновено се изразява чрез степента на геомагнитна активност, наблюдавана на земята. Тази мащабна електрическа сила оказва основно влияние върху геомагнитните смущения, включително бурите, които могат да нарушат работата на спътниците и комуникациите.
Тъй като електрическите сили се движат от положителни към отрицателни заряди, учените някога са приемали, че магнитосферата е положително заредена от сутрешната страна и отрицателно заредена от вечерната. Последните сателитни измервания обаче опровергават тази дългогодишна идея, разкривайки, че действителното разпределение на заряда е обратното на очакваното.
Това изненадващо откритие кара изследователи от университетите в Киото, Нагоя и Кюшу да преразгледат как се формират и поддържат електрическите характеристики на магнитосферата.
За да провери своите хипотези, екипът използва мащабни магнитохидродинамични симулации, за да пресъздаде условията в близкоземното пространство. Техният модел включва постоянен поток от високоскоростен слънчев вятър - постоянният поток от заредени частици, излъчвани от Слънцето. Резултатите подкрепят последните сателитни наблюдения, показвайки, че сутрешната страна на магнитосферата носи отрицателен заряд, докато противоположната страна е положителна - но този модел не се прилага навсякъде.
В полярните региони полярността на заряда съответства на традиционната теория. Близо до екватора обаче, моделът се преобръща в обширна област, създавайки удивителна разлика между двете зони.
Плазменото движение обяснява мистерията
„Според конвенционалната теория, полярността на заряда в екваториалната равнина и над полярните области би трябвало да е еднаква. Защо тогава виждаме противоположни полярности между тези области? Това всъщност може да се обясни с движението на плазмата“, обяснява съавторът Юсуке Ебихара (Yusuke Ebihara) от Университета в Киото.
Схема на магнитосферата на Земята. Кредит: Wikimedia Commons
Когато магнитната енергия от Слънцето навлезе в магнитното поле на Земята, тя се движи по посока на часовниковата стрелка от страната на планетата, където е здрач, и се насочва към полюсите. Междувременно линиите на магнитното поле на Земята се простират от Южното към Северното полукълбо – нагоре близо до екватора и надолу близо до полюсите. Тази противоположна ориентация между магнитното поле и плазмения поток води до обръщане на разпределението на заряда между регионите.
„Електрическата сила и разпределението на заряда са едновременно резултати, а не причини за движението на плазмата“, посочва Ебихара.
Това прозрение преосмисля начина, по който учените интерпретират електрическата активност в близката космическа среда на Земята.
По-широки последици за планетарната наука
Плазмената конвекция – мащабният поток от заредени частици в магнитосферата – задвижва много динамични космически явления. Последните проучвания също така показват, че това движение влияе върху радиационните пояси на Земята, които са области, пълни с бързо движещи се, високоенергийни частици.
Чрез изясняване на това как движението на плазмата формира електрическите полета, това изследване задълбочава разбирането за поведението на широкомащабната космическа плазма. То също така хвърля светлина върху подобни процеси, протичащи около други намагнетизирани светове, включително Юпитер и Сатурн, разширявайки разбирането ни за това как планетарните среди еволюират в Слънчевата система.
Справка: Yusuke Ebihara, Masafumi Hirahara, Takashi Tanaka. MHD Simulation Study on Quasi‐Steady Dawn‐Dusk Convection Electric Field in Earth\'s Magnetosphere. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2025; 130 (7) DOI: 10.1029/2025JA033731
Източник: Scientists shocked by reversed electric field around Earth, Kyoto University
