Магнитосфера образуется вокруг любого намагниченного объекта, например, планеты, которая погружена в поток ионизированного газа, называемого плазмой. Поскольку Земля обладает собственным магнитным полем, она окружена большой магнитосферой, которая простирается в космос, блокирует смертоносные космические лучи и частицы от Солнца и звезд и позволяет существовать самой жизни.
В журнале Physics of Plasmas ученые из Принстона, Калифорнийского университета и Высшего технического института в Португалии сообщают о методе изучения в лаборатории магнитосфер меньшего размера, иногда толщиной всего в миллиметр.
Эти мини-магнитосферы наблюдались вокруг комет и вблизи некоторых регионов Луны, и было высказано предположение, что они могут приводить в движение космические аппараты. Они являются хорошими испытательными стендами для изучения магнитосфер больших планетных размеров.
Ранее проводились лабораторные эксперименты с использованием плазменных аэродинамических труб или высокоэнергетических лазеров для создания мини-магнитосфер. Однако эти ранние эксперименты были ограничены одномерными измерениями магнитных полей, которые не отражают полного трехмерного поведения, которое необходимо понять ученым.
"Чтобы преодолеть эти ограничения, мы разработали новую экспериментальную платформу для изучения мини-магнитосфер на Большом плазменном устройстве (LAPD) в Калифорнийском университете, - говорит автор Дерек Шеффер.
Эта платформа объединяет магнитное поле LAPD с быстрой плазмой, управляемой лазером, и дипольным магнитом, управляемым током.
Магнитное поле LAPD обеспечивает модель межпланетного магнитного поля Солнечной системы, в то время как плазма, управляемая лазером, моделирует солнечный ветер, а дипольный магнит обеспечивает модель собственного магнитного поля Земли. Моторизованные зонды позволяют сканировать систему в трех измерениях, объединяя данные от десятков тысяч лазерных выстрелов.
Преимущество использования этой установки заключается в том, что магнитное поле и другие параметры можно тщательно изменять и контролировать.
Если выключить дипольный магнит, все признаки магнитосферы исчезают. Когда магнитное поле диполя включено, можно обнаружить магнитопаузу, которая является ключевым свидетельством формирования магнитосферы.
Магнитопауза - это место в магнитосфере, где давление планетарного магнитного поля точно уравновешивается солнечным ветром. Эксперименты показали, что при увеличении дипольного магнитного поля магнитопауза становится больше и сильнее.
Влияние на магнитопаузу было предсказано с помощью компьютерного моделирования, которое было проведено исследователями для более полного понимания и подтверждения экспериментальных результатов. Эти моделирования также послужат руководством для будущих экспериментов, включая исследования с использованием катода, недавно установленного на LAPD.
"Новый катод обеспечит более быстрые потоки плазмы, что, в свою очередь, позволит нам изучить носовые удары, наблюдаемые вокруг многих планет", - сказал Шеффер.
Другие эксперименты будут изучать магнитное пересоединение - важный процесс в магнитосфере Земли, при котором магнитные поля аннигилируют, высвобождая огромную энергию.