Земля и Вселенная. Часть 5-Б. Пробоины в магнитном поле Земли

Часть 5-А. http://artefact-2007.blogspot.ru/2011/10/5.html 

    НАСА ищет возле Земли магнитные порталы

    «Спонсируемые НАСА исследователи из Университета штата Айова разработали методику обнаружения скрытых магнитных порталов вблизи Земли. Космические аппараты могли бы найти эти «шлюзы», связывающие нашу планету с Солнцем. Это крайне важно, поскольку порталы могут стать причиной масштабной катастрофы, открыв дверь для мощного солнечного излучения. 
    В научной фантастике порталы соединяют параллельные миры, звездные системы и планеты. Порталы в магнитном поле Земли в некотором смысле попроще, но не менее важны для нашей цивилизации.
    Порталы, которые ученые называют Х-точки или области электронной диффузии, представляют собой участки пространства, где магнитное поле Земли соединяется с магнитным полем Солнца. Таким образом создается коридор длиной почти в 150 млн км - от нашей планеты к солнечной атмосфере.

    Наблюдения космического аппарата НАСА THEMIS и зондов ЕКА Cluster позволили предположить, что эти магнитные порталы открываются и закрываются десятки раз в день. Они обычно находятся на расстоянии в несколько десятков тысяч километров от Земли, где магнитное поле Земли встречает солнечный ветер.
    Большинство порталов имеют небольшие размеры и существуют недолго, но некоторые огромны и могут длительное время транспортировать тонны заряженных частиц, которые, минуя магнитный щит нашей планеты, вызывают нагрев атмосферы и геомагнитные бури.
    В 2014 году НАСА планирует запуск миссии под названием MMS. Четыре аппарата с множеством детекторов энергетических частиц и магнитных полей будут следить за магнитосферой Земли и наблюдать за возникновением и поведением порталов». (06 июля 2012, 09:21, Мс). 
    Источник: Гугл+  и «Hidden Portals in Earth's Magnetic Field». (07.02.2012). 

«Hidden Magnetic Portals Around Earth» 

    Статьи на английском языке:
    1. "Now NASA's thinking with portals" (video). (Jul 4th 2012, 12:56AM). 
    2. "«Hidden portal» found in Earth’s magnetic field". (July 05, 2012). 

    Федор Дергачев

    Перепостирую в блоге свою публикацию трехлетней давности «Пробоины в магнитном поле Земли» (1 июня 2011 в 13:08). 

    Не скажу что тогда ситуация была критической, а сейчас выровнялась. К сожалению, налицо другое: тогда материалы на эту тему еще просачивались в СМИ. Сейчас же «кран» намертво закручен.

    Федор Дергачев – «Л.Д.» 31-05-2011, 17:47 

    «Вычисленный наукой срок «времени Ч» (завершения магнитной переполюсовки Земли) был указан в моей статье «Прокляты и забыты. Часть 3» (раздел «Будущее. Прокляты и забыты»). Это 3991 год.

    Цитирую ссылки из данной статьи:

    «Магнитная “броня” планеты Земля». («Расчёты показывают, что к концу четвёртого тысячелетия (в 3991 г.) Земля может остаться на какое-то время без магнитного поля…») 

    «Для общего магнитного поля [Земли] ослабление почти до нуля рассчитано ещё в 1974 году. При сохранении современного градиента это 3991 год». (12.04.2010 | 09:40).  [Примечание: ссылка выводит на главную страницу сайта.]

    В то же время там же я указал, что «точность прогнозируемых сроков не имеет значения, так как описываемый процесс может ускориться в любой момент».

    Сейчас скажу, что уверен – момент такого ускорения начинается. И последствия уже регистрируются – см. «THEMIS указал на протечки в магнитном щите Земли» 

    Эта статья о «магнитном перезамыкании» была опубликована 26 декабря 2008, а что было летом 2010, помнят все – см. «На наш век уже не хватит» http://4humanity.livejournal.com/16058.html 

    Так что 3991 года ждать не придется – уверен, что «магнитная драма» начнется гораздо раньше. Скорее всего, уже началась…» 

    Группа искусственных спутников «Кластер» обнаруживает пробоины в магнитном поле Земли 

    «Наряду с тем, что магнитное поле Земли защищает нашу планету от большей части постоянного потока частиц, поступающих из солнечного ветра, известно, что в нашем естественном щите имеются пробоины или трещины, позволяющие солнечному ветру проникать в наше околоземное космическое пространство. Группа искусственных спутников Европейского космического агентства (ESA - European Space Agency), получившая, соответственно, название «Кластер», дает новое представление о положении и протяженности этих разрывов в магнитном щите Земли и наглядно показывает, что в то время, когда наша атмосфера надежно защищает нас, очевидные результаты влияния этих пробоин обнаруживаются в самых верхних слоях атмосферы и в области космического пространства, окружающего Землю, где спутники вращаются по орбите...

    В этом исследовании сообщается о наблюдениях за трещинами на обращенной к Солнцу стороне магнитного щита Земли - дневной стороне магнитопаузы. К счастью, эти трещины не подвергают земную поверхность опасности воздействия солнечного ветра; наша атмосфера защищает нас. А вот верхние слои атмосферы подвергаются воздействию.

Очевидное влияние было обнаружено в самых верхних слоях атмосферы и в области околоземного космического пространства, где спутники вращаются по орбите. Источник: ESA (Европейское космическое агентство)

    Доминирующий физический процесс, вызывающий появление этих трещин, известен как магнитное перезамыкание, процесс, посредством которого в результате перекрытия магнитных силовых линий из разных магнитных доменов происходит их перезамыкание: закрытый магнитный щит открывается. Магнитное перезамыкание представляет собой физический процесс, действующий во всей Вселенной, начиная с формирования звезд и солнечных вспышек и заканчивая экспериментальными термоядерными реакторами на Земле. Однако остаются неясными условия, в которых происходит это явление, и его продолжительность.

    Что известно, так это то, что магнитное перезамыкание приводит к смешиванию разделенных до этого плазм, когда, например, плазма солнечного ветра проникает в магнитосферу. В данном случае два магнитных домена – это внутреннее магнитное поле Земли и межпланетное магнитное поле (IMF). (Солнечный ветер состоит не только из солнечных частиц (главным образом, протонов и электронов), он также служит носителем магнитного поля Солнца. За пределами межпланетного пространства таким полем является межпланетное магнитное поле (IMF).

    В течение более чем 700,000 лет ориентация земного магнитного поля с Юга на Север была достаточно устойчивой. В противоположность этому, ориентация IMF является крайне изменчивой, с полной инверсией, зачастую наблюдаемой на временной шкале в протокольных записях.

    Перезамыкание между IMF и магнитным полем Земли критически зависит от угла между этими полями. Специалисты в области физики космического пространства провели различие между перезамыканием, когда оба поля направлены противоположно или антипараллельно, и компонентным перезамыканием, когда IMF направлено по отношению к земному магнитному полю ни параллельно, ни антипараллельно. Это различие имеет очень важное значение, поскольку компонентное и антипараллельное перезамыкание имеют различные характеристики нарастания и приводят к различной протяженности трещин в магнитном щите. Различие между этими двумя типами магнитного перезамыкания в течение многих лет является предметом горячих дискуссий среди ученых, занимающихся изучением космического пространства.

Положение спутниковой группировки «Кластер» и искусственного спутника «Двойная звезда TC-1» относительно магнитопаузы 25 февраля 2005 года. Синими линиями изображены силовые магнитные линии, относящиеся к магнитному полю Земли. Элементы конструкции космического летательного аппарата увеличены в 5 раз. 

   Впервые четыре космических аппарата, совершающих групповой полет (миссия ЕКА «Кластер»), предоставили однозначное доказательство высокоширотного антипараллельного перезамыкания на дневной стороне магнитопаузы, которое происходило квазисинхронно с низкоширотным компонентным перезамыканием, обнаруженным китайско-европейским спутником «Двойная звезда TC-1». TC-1 и группировка «Кластер» (с космическим аппаратом «Кластер», который удален примерно на 2000 км), находятся друг от друга на расстоянии более 30,000 км (смотрите ниже). Объемное изображение перезамыкания, которое определено с помощью повторного взятия проб в области ионной диффузии и связанных с ней магнитных нулевых полей (то есть в самом сердце процесса перезамыкания).

    "Эти наблюдения подтверждают представление о том, что оба перезамыкания, антипараллельное и компонентное, происходят на дневной стороне магнитопаузы, в одних и тех же условиях IMF , причем оба явления могут быть локальными характерными признаками глобальной картины перезамыкания", - говорит профессор Малькольм Дунлоп (Malcolm Dunlop) из Аплтонской лаборатории Резерфорда, Дидкот, Соединенное Королевство.

    "Этот замечательный комплект наблюдений показывает, что магнитное перезамыкание на магнитопаузе не такое простое явление, как это описывается в учебных пособиях! Он также убеждает в необходимости изучения процесса магнитного перезамыкания с одновременным применением многократного масштабирования"-, говорит Мэт Тэйлор (Matt Taylor), исполняющий обязанности научного сотрудника программы «Кластер» в Европейском космическом агентстве». (15 февраля 2010 года. Переводчик: Дорохова Елена (Бюро переводов «Гольфстрим»)   

    Оригинальный источник: University of Arizona News Release «Cluster Satellite Detects Rifts in Earth’s Magnetic Field» (January 22, 2010).   

    Multiple rifts in Earth's magnetic shield

    «The Earth's magnetic field protects our planet from most of the permanent flow of particles from the solar wind. Fissures in this magnetic shield are known to occur, enabling the solar wind to penetrate our near-space environment. A study based on data collected by the four ESA Cluster satellites and the CNSA/ESA Double Star TC-1 spacecraft, provides new insight into the location and duration of these ruptures in the Earth's magnetic shield.

    This study reports the observation of fissures on the Sun-facing side of the Earth's magnetic shield – the dayside magnetopause. Fortunately, these fissures don't expose Earth's surface to the solar wind; our atmosphere protects us, even when our magnetic field doesn't. However, clear effects have been detected high in the upper atmosphere and in the region of space around Earth where satellites orbit. The dominant physical process causing these cracks is known as magnetic reconnection, a process whereby magnetic field lines from different magnetic domains collide and reconnect: opening the closed magnetic shield. Magnetic reconnection is a physical process at work throughout the Universe, from star formation to solar explosions to experimental fusion reactors on Earth. However, the conditions under which it occurs and how long it lasts remain unclear.

    What is known is that magnetic reconnection leads to the mixing of previously separated plasmas when, for instance, the solar wind plasma enters the magnetosphere (see Animation 1). In this instance the two magnetic domains are the Earth's internal magnetic field, and the interplanetary magnetic field (IMF). (The solar wind is not only composed of solar particles (mostly protons and electrons), it also carries the Sun's magnetic field. Out among the planets, this field is the IMF.)

    For more than 700,000 years, the South to North orientation of the terrestrial magnetic field has been rather steady. In contrast, the IMF orientation is highly variable, with total inversion frequently observed on times-scales of minutes.

    Reconnection between the IMF and the Earth's magnetic field critically depends on the angle between these fields. Space physicists have made a distinction between reconnection when both fields are in opposite directions, or anti-parallel, and component reconnection, when the IMF is neither parallel nor anti-parallel to the terrestrial magnetic field. The distinction is important since component and anti-parallel reconnection have different onset characteristics and lead to different duration of the fissures in the magnetic shield. The distinction between these two types of magnetic reconnection has been the subject of hot debate among space scientists for many years.

    For the first time, four spacecraft flying in constellation (the ESA Cluster mission), have provided unambiguous evidence of anti-parallel reconnection at high latitude on the dayside magnetopause, occurring quasi-simultaneously with a period of low-latitude component reconnection detected by the Sino-European Double Star TC-1 satellite. TC-1 and the Cluster array (with the Cluster spacecraft separated by ~2000 km) are more than 30,000 km apart (Figure 1). The 3D reconnection picture, determined by repeated sampling of the ion diffusion region and associated magnetic null fields (i.e. the heart of the reconnection process), is shown in Animation 2.

    "These observations support the idea that both anti-parallel and component reconnection occur at the dayside magnetopause under the same IMF conditions and that both phenomena might be the local signatures of a global reconnection picture", says Professor Malcolm Dunlop from the Rutherford Appleton Laboratory, Didcot, UK.

    "This remarkable set of observations shows that magnetic reconnection at the magnetopause is not as simple as it is described in textbooks! It also demonstrates the need for the capability to study magnetic reconnection at multiple scales simultaneously", says Matt Taylor, acting Cluster project scientist at the European Space Agency». (20 Jan 2010).  

    Reference publication 

    Dunlop, M.W., Zhang, Q.-H., Xiao, C.-J., He, J.-S., Pu, Z.,  Fear, R.C.,  Shen, C., and Escoubet, C.P., Reconnection at high latitudes: Antiparallel merging, Phys. Rev. Lett., 102, 075005, 2009. DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.075005  

    «THEMIS» указал на протечки в магнитном щите Земли.  

Солнечный ветер (силовые линии показаны красным) набегает на магнитосферу Земли (голубые линии), постоянно проверяя её на прочность (иллюстрация Steele Hill/NASA)

    «Следующий пик активности Солнца не слишком понравится обитателям планеты Земля. Новые наблюдения системы спутников показали учёным, что ориентирование силовых линий магнитных полей Солнца и Земли в одном направлении в этот раз позволит значительному количеству плазмы беспрепятственно войти в атмосферу нашей планеты.

    Неожиданно широкий пласт высокоэнергетических заряженных частиц в земной магнитосфере был обнаружен астрофизиками из космического центра Годдарда (Goddard Space Flight Center). Новые данные свидетельствуют о том, что защита нашей планеты от вредного космического излучения значительно ослабла и продолжает истощаться.

    Напомним, что солнечный ветер (потоки ионизированных частиц, разогнанные иногда до полутора миллионов километров в час) чаще всего проявляется на Земле в виде красивых полярных сияний. В обычное время планета защищена от него своим магнитным щитом (магнитосферой). 

Магнитный щит Земли прикрывает планету со всех сторон. Однако, как выяснилось, и он может дать течь. Предполагаемые размеры брешей: в ширину порядка четырёх диаметров Земли, в длину – около семи (иллюстрация NASA)

    Тот же самый солнечный ветер вызывает магнитные бури, влияет на работу спутников, выводит из строя электрические сети на Земле, мешает космонавтам работать в открытом космосе, угрожая их здоровью и даже жизни.

    И вот теперь система спутников «THEMIS» (мы рассказывали о ней в этом материале) обнаружила во внешнем слое магнитосферы постепенно разрастающийся слой заряженных частиц шириной почти в 6,5 тысячи километров.

    "Если так будет продолжаться, то в 2011-2012 годах (пик солнечного цикла) жители планеты испытают на себе сильнейшие геомагнитные бури, увидят самые яркие полярные сияния и зарегистрируют самые сильные волнения в радиационном поясе Земли ", — рассказывает Дэвид Сайбек (David Sibeck), эксперт NASA по космической погоде.

    Об этом открытии учёные рассказали на очередном собрании Американского геофизического союза (American Geophysical Union) в Сан-Франциско.  

Благодаря пяти спутникам «THEMIS» и наблюдательности астрофизиков земляне хотя бы вовремя узнают об ожидаемых бурях (иллюстрация NASA CI Lab/Tom Bridgman)

    Конечно, бывало всякое. Солнце уже не раз бушевало и сильнее, но если раньше нас защищала магнитосфера, то что же будет на этот раз? И что стало причиной образования тех самых «протечек»?

    Солнечный ветер всё время меняется и треплет магнитное поле Земли, как ветер флаг или флюгер.

    Силовые линии магнитного поля нашей планеты выравниваются в разных направлениях над различными регионами. Ближе к экватору (где солнечный ветер сильнее всего «давит» на магнитосферу) линии направлены на север.

    Солнечный ветер обладает своим собственным полем, которое также постоянно меняется в течение 11-летнего цикла солнечной активности.

    Ранее считалось, что когда вектора полей сонаправлены, а именно оба «указывают» на север, то это лишь усиливает защиту Земли.  

«Вредность» набегающих силовых линий солнечного ветра сильно зависит от их направления (иллюстрация NASA/Goddard Space Flight Center)

THEMIS discovers biggest breach of Earth's solar storm shield  

    Данный вывод был сделан на основе наблюдений: когда линии магнитного поля солнечного ветра направлены на юг, полярные сияния ярче, возрастает опасность нахождения в открытом космосе без соответствующей защиты.

    «Учёные вполне логично считали, что наибольшее количество заряженных частиц попадают в земную магнитосферу, когда линии магнитного поля солнечного ветра „указывают“ на юг», — рассказывает Сайбек в пресс-релизе NASA.

    Однако «THEMIS» показала, что это не так. Данные с системы спутников указывали на то, что «слой солнечных частиц» становится толще, когда поля сонаправлены, говорит исследовательница Марит Ойросет (Marit Øieroset) из университета Калифорнии в Беркли, впервые заметившая этот эффект в ходе работы с «THEMIS».

    В результате дальнейших исследований и расчётов выяснилось, что выравнивание линий полей (в одном направлении) позволяет проходить через магнитную защиту Земли до 20 раз большему количеству заряженных частиц.

    Чтобы выяснить, каков механизм данного процесса, астрофизики создали несколько компьютерных моделей, которые сымитировали процессы, наблюдаемые системой «THEMIS».  

Поток высокоэнергетических частиц из вытянутой области магнитного поля возвращается к Земле и проявляется в виде полярных сияний (иллюстрации NASA)

    Астрофизики предполагают, что возможным виновником всего являются направленные на север силовые магнитные линии солнечного ветра, которые соединяются с магнитосферой Земли, рассказывает физик Джимми Раедер (Jimmy Raeder) из университета Нью-Гемпшира (University of New Hampshire), принимавший участие в разработке компьютерных моделей.

    По мере приближения такой линии к нашей планете она «падает» на полюса (а за ней и принесённые заряженные частицы) и охватывает Землю, как осьминог свою жертву.

    Это явление, известное как магнитное перезамыкание (magnetic reconnection), прорывает в магнитосфере Земли гигантские бреши, позволяя плазме войти внутрь (в высоких широтах в обоих полушариях с освещённой стороны планеты).

    «Мы и ранее (с помощью других спутников) время от времени наблюдали на полюсах нечто подобное, однако не придавали этому должного значения», - рассказывает Раедер.

    Впрочем, одного (пусть даже и широкого) слоя заряженных частиц всё же недостаточно для того, чтобы создать значительные геомагнитные бури. Пока что Земля и её обитатели наслаждаются периодом относительного спокойствия, хотя в магнитосфере продолжается накопление запаса высокоэнергетических частиц.

    Самый сложный для планеты период начнётся тогда, когда солнечная активность возрастёт и направленные теперь уже на юг линии придадут накопленной плазме дополнительный заряд. Вот тогда-то астрофизики и ожидают эффекта, схожего со взрывом газа, к которому не вовремя поднесли зажжённую спичку». (26 декабря 2008).   

    На эту тему: 

    «В лаборатории исследователя. Часть 6» .

    «Космический шторм усиливается».  

    «Солнечный ветер ослабевает». 

    «Сила магнитного поля Солнца увеличилась в два раза». 

    «Гипотезы о причинах солнечных аномалий» (Магнитная переполюсовка Солнца-2). 

    «Магнитная переполюсовка Солнца». 

    [Дополнение Федора Дергачева 1 июля 2014 года:

    «Информационный кран», вроде бы намертво закрученный СМИ к моменту публикации (10 июня 2014), как ни странно,дал течь уже через пару недель. Мировая общественность узнала, что ослабление магнитного поля Земли продолжалось и в 2014 году - см. Часть 5-Г.]

    Дополнение Федора Дергачева 25 ноября 2014 года

    В NASA создали видео, которое рассказывает о миссии MMS

    «"Magnetospheric Multiscale" – именно так называется миссия, о которой идет речь на видео. В рамках нее будут запущены четыре космических аппарата, которые исследуют процесс, именуемый магнитным пересоединением. 

Космический аппарат «Magnetospheric Multiscale». ©Phys

    Главной задачей миссии станет исследование того, как могут соединяться и разъединяться магнитные поля Земли и Солнца. Это процесс может приводить к тому, что высвобождается колоссальная энергия. При этом во всех направлениях испускаются частицы с околосветовыми скоростями. Ранее магнитное пересоединение не изучалось в космическом пространстве напрямую.

    Этот процесс называют фундаментальным – его можно видеть почти во всех уголках Вселенной. Космические аппараты миссии MMS будут отслеживать явление на примере отдельного взятого участка. Для этого каждый из таких спутников несет на борту 25 разных научных инструментов.
    Особенность миссии состоит в том, что ракета-носитель должна будет вывести на орбиту сразу четыре космических аппарата. Все вместе они представляют собой единую компактную конструкцию, однако, после выхода в открытый космос, аппараты развернут дополнительное оборудование.
    Все четыре спутника получили полный комплект оборудования еще весной 2013 года. С тех пор они прошли множество тестов, чтобы подтвердить возможность работы научных инструментов в экстремальных условиях.
    Запуск ракеты-носителя с четырьмя аппаратами NASA планирует осуществить в марте 2015 года. Площадкой для запуска станет Космический центр Кеннеди». (25 ноября 2014, 12:06). 

«NASA | How Will the 4 MMS Spacecraft Launch and Deploy?» 

    «Земля и Вселенная». Часть 5-В. «Правда о радиационной угрозе Земле из космоса». http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/11/25.html .

    На эту тему:

    «Ослабление магнитного поля Земли в 2014 году». (1 июля 2014 года).