Uczeni z Centrum Badań Kosmicznych w Warszawie i z Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow po raz pierwszy zidentyfikowali mechanizm odpowiedzialny za przyśpieszanie elektronów i protonów oraz za grzanie plazmy w szokach kosmicznych, czyli falach uderzeniowych powstających w rozrzedzonym zjonizowanym gazie (plazmie).
W atmosferze Ziemi, fale uderzeniowe albo szoki akustyczne powstają kiedy szybko poruszający się obiekt, np. samolot odrzutowy, przekracza prędkość dźwięku. W kosmosie sytuacja jest odwrócona i to zwykle ośrodek w postaci rozrzedzonej plazmy porusza się szybciej niż dźwięk magnetyczny względem przeszkód, wokół których tworzy się stacjonarna fala uderzeniowa/szok plazmowy.
Najlepiej znanym szokiem kosmicznym jest szok magnetosferyczny utworzony w odległości 13 promieni ziemskich w wypływającym ze Słońca z prędkością 500 km/s wietrze słonecznym.
Odkryty mechanizm jest związany z tzw. chaosem deterministycznym spowodowanym przez silne zmiany pola magnetycznego i elektrycznego, które w sposób losowy zmieniają trajektorie cząstek naładowanych. Znaczenie tego odkrycia polega na tym, że szok magnetosferyczny stanowi pierwszą barierę zatrzymującą wiatr słoneczny. Bez osłony magnetosferycznej wiatr słoneczny prowadzi do „wypłukania” i zaniku atmosfery, co nastąpiło m.in. na Merkurym i Marsie. Silniejsze szoki powstają podczas wybuchu gwiazd supernowych, gdzie tworzą się pierwiastki cięższe niż żelazo, np., miedź, cynk, krypton. Szoki przyspieszają też do bardzo wysokich energii cząstki tworzące promieniowanie kosmiczne.
Przełom w zrozumieniu tych procesów był możliwy dzięki wykorzystaniu pomiarów z konstelacji czterech satelitów tworzących zarządzaną przez NASA Multiscale Magnetospheric mission mówi prof. Stasiewicz, kierownik projektu. Należy podkreślić, że nad problemem przyśpieszania cząstek na szokach pracowali (nieskutecznie) najlepsi fizycy na świecie, co świadczy o randze tego odkrycia – dodaje prof. Kłos.
Więcej informacji:
Krzysztof Stasiewicz, kstasiewicz@cbk.waw.pl
Zbigniew Kłos, klos@cbk.waw.pl
Rzecznik prasowy CBK PAN, Ewelina Zambrzycka-Kościelnica, ezambrzycka@cbk.waw.pl
Publikacje:
- Stasiewicz, Transit time thermalization and the stochastic wave energization of ions in quasi-perpendicular shocks, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023), https://doi.org/10.1093/mnrasl/slad071
- Stasiewicz, B. Eliasson, Electron heating mechanisms at quasi-perpendicular shocks – revisited with Magnetospheric Multiscale measurements, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2023), https://doi.org/10.1093/mnras/stad361
- Stasiewicz, Z. Kłos, On the formation of quasi-parallel shocks, magnetic and electric field turbulence, and ion energization mechanism, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022), https://doi.org/10.1093/mnras/stac1193
- Stasiewicz, Z. Kłos, Fine structure and motion of the bow shock and particle energisation mechanisms inferred from Magnetospheric Multiscale (MMS) observations, Annales Geophysicae (2022), https://doi.org/10.5194/angeo-40-315-2022
