На границе магнитосферы планет, известной как магнитопауза, где встречаются защитное магнитное поле планеты и мощный поток солнечного ветра, возникает удивительное физическое явление — неустойчивость Кельвина-Гельмгольца (KHI). Эта нестабильность ответственна за рождение гигантских магнитных вихрей. Благодаря данным, собранным космическим аппаратом NASA «Юнона», ученые впервые получили прямое подтверждение того, что такие масштабные вихри регулярно формируются на магнитопаузе Юпитера, крупнейшей планеты Солнечной системы.
Что такое неустойчивость Кельвина-Гельмгольца?
В основе этого явления лежат фундаментальные законы гидродинамики. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца возникает на границе раздела двух соседних слоев жидкости или плазмы, которые движутся с разными скоростями. Представьте себе два потока, один из которых скользит поверх другого. На их границе из-за разницы скоростей начинают формироваться характерные волны, которые со временем закручиваются в вихри. Эти волны и вихри играют ключевую роль в перемешивании сред, обмене энергией и импульсом. В земных условиях аналоги можно наблюдать в атмосфере (например, в облаках в виде «гребешков») или в океане.
Космическое проявление явления
В астрофизическом контексте KHI проявляется особенно ярко там, где существует резкий перепад скоростей, например, на магнитопаузе. Эта невидимая граница служит фронтом столкновения между магнитосферой планеты и набегающим солнечным ветром. Хотя сами волны нельзя увидеть глазом, их присутствие четко фиксируется по характерным колебаниям и возмущениям магнитного поля. Ранее подобные волны и вихри были детально изучены на Земле и Сатурне, что позволило предположить их универсальную природу.
Однако для Юпитера подтверждение пришло лишь недавно. «Аппарат "Юнона" наблюдал признаки этих волн на нескольких своих орбитах вокруг планеты. Это дает нам убедительные доказательства того, что неустойчивость Кельвина-Гельмгольца является активным и, вероятно, постоянным участником сложного взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой Юпитера», — поясняет Джейк Монтгомери, соавтор исследования из Техасского университета в Сан-Антонио. Результаты этой важной работы были обнародованы в авторитетном журнале «Geophysical Research Letters».
Моделирование гигантских вихревых волн на границе магнитосферы Юпитера и солнечного ветра, заполняющего межпланетное пространство.
Обнаружение 25-волновых вихрей
Магнитосфера Юпитера — невероятно динамичная и сложная структура. Плазма, захваченная мощным магнитным полем планеты, формирует вокруг экватора гигантский вращающийся диск. Этот диск, растягиваясь, закручивает саму магнитосферу. Внутри неё происходят не только вращательные движения, но и сложное взаимодействие с потоками плазмы в магнитослое — области между магнитопаузой и ударной волной.
Именно высокий градиент скоростей (сдвиг) между относительно медленно вращающейся плазмой в магнитослое и быстрой плазмой магнитосферы на дневной стороне Юпитера и служит «спусковым крючком» для генерации волн KHI. Эти волны, в свою очередь, могут переносить массу и энергию через магнитопаузу, порождая новые вихри уже на вечерней (сумеречной) стороне планеты. Компьютерное моделирование поддерживает эту гипотезу, показывая, что вихри на Юпитере могут формироваться при любой ориентации межпланетного магнитного поля, а их динамика в магнитослое больше подчиняется законам гидродинамики, чем магнитогидродинамики, что позволяет им возникать и на более высоких широтах.
Обратите внимание: Открыт Святой Грааль палеонтологии – самое раннее известное животное на Земле.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.