Долгое время было известно, что заряженные частицы, сталкивающиеся с атмосферой Земли, создают свечение полярного сияния, но оставалось неясным, как электрические поля, которые их ускоряют, поддерживаются без быстрого затухания. Теперь, благодаря данным с космических аппаратов NASA, учёные смогли идентифицировать механизм, обеспечивающий постоянный приток энергии.

Команда учёных из Гонконгского университета (HKU) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) установила, что альфвеновские волны, распространяющиеся вдоль линий магнитного поля Земли, действуют как «космическая батарея». Альфвеновские волны — это тип плазменных волн, которые переносят энергию через магнитное поле, играя важную роль в динамике плазмы в космосе и лабораториях. Они непрерывно подпитывают энергией область ускорения частиц, необходимую для поддержания полярного сияния.

Ранее учёные наблюдали электрические поля, ускоряющие частицы к Земле, но существовал вопрос об источнике их энергии. Без постоянной подпитки такие поля должны были бы затухать в течение нескольких секунд. Авторы работы, опираясь на свой опыт изучения магнитосфер Юпитера и Сатурна, применили «планетарный подход» к изучению земной магнитосферы.

Анализ движения частиц в различных областях космоса показал, что альфвеновские волны функционируют как естественные ускорители частиц. Они доставляют энергию, необходимую для проникновения заряженных частиц в атмосферу Земли, вызывая химические реакции, приводящие к свечению.

Для подтверждения своей теории учёные использовали данные, собранные зондами NASA Van Allen Probes и миссией THEMIS. Эти данные подтвердили, что альфвеновские волны не просто проходят через пространство, но активно и непрерывно пополняют энергию в «области ускорения авроры». Это постоянное пополнение препятствует коллапсу электрических полей, обеспечивая продолжительное свечение полярного сияния.

«Открытие не только даёт окончательный ответ на вопрос о физике земного сияния, но и предлагает универсальную модель, применимую к другим планетам в нашей Солнечной системе и за её пределами», — отметил профессор Чжунхуа Яо (Zhonghua YAO) из HKU.