Солитони в магнитопаузата на Земята (статия)

Магнитосферата обгражда Земята, а структури подобни на солитони навлизат отвън

Феноменът "самотни" вълни или на кратко - солитон (soliton от solitary - сам, самотен; англ. ез.) за пръв път е наблюдаван във шотландски канал през 1834г., а днес има широко разпространение в най-различни физични области, включително оптически кабели за ултра-бърз интернет. Въпреки това явлението солитон все още е обградено от множество въпроси. На скоро статия във Physical Review Letters докладва, че е открита спонтанна формация от солитони на ръба на земното магнитно поле, наречен - магнитопауза.

Наблюденията направени от 4-те сателита от мисията Клъстер на ESA са в съответствие с математическите симулации, така че се потвърждават предварителните теории за тяхното съществуване.

През 1983 John Scott Russell, шотландски корабостроител и учен, наблюдава лодка, дърпана от 2 коня. Когато лодката внезапно спряла, той забелязал, че вълната продължила движението си напред. "Голямо самостоятелно възвишение от вода, което продължи да се движи без видима промяна във формата или скоростта", разказал Ръсел.

Заинтригуван Джон Ръсел последвал вълната с коня си. Тя се движела със скорост над 10 км/ч, но след няколко километра я изгубил. Той нарекъл този феномен "пренос на вълна" и публикувал доклада си по темата в 1845.

Едва през 60-те години на XX век. учените осъзнали потенциала на откритието на Ръсел. Щом механична вълна във водата може да задържи формата си продължително време, дали други видове вълни биха могли, например светлината? Сега оптически кабели използват постоянни импулси светлина, наречени Солитони, които са идентични с водните вълни на Ръсел, за да предават огромни количества информация на хиляди километри разтояние. Благодарение на тази техника има кристално чисти международни разговори и ултра-бърз интернет.

Подобни на солитони структури се наблюдават в областта на плазмената физика в експериментални ядрени реактори, където се създава термоядрена плазма чрез токамаци(рус. - тороидальная камера в магнитных катушках). Този феномен обаче се наблюдава много трудно в тези сложни устройства. Космосът е много по-удобна среда от ядрените реактори за изучаване на солитони, тъй като апратът (сателит) може да стига до всички области без да се повреди.

Наблюденията на "Клъстър" и математически модели на солитони
На 30. Март 2002 четири сателита от проекта "Клъстър" преминаха във формация през магнитопаузата (около 50 000км. от Земята). Те докладваха наличието на електрически турболенции при магнитопаузата, състоящи се от така наречените ниско-хибридни вълни. Чрез измерване на електричното поле, 3 от Клъстър сателитите откриха присъствието на подобни на солитон структури, започващи от турболентния регион

"От разделението на сателитите и реда, в който са преминали през магнитопаузата, заключваме, че структурата навлиза в магнитосферата със скорост около 8-9 км/с и има широчина от около 6-7км. Тези предположения са възможни имено благодарение на наличието на няколко спътника.", казва Raoul Trines, главен автор на резултатите от Клъстър, публикувани на 16. Ноември 2007 във Physical Review Letters. Д-р Trines е учен от Rutherford Appleton Laboratory (Великобритания).

Търсенето на солитони се прави заедно с математически симулации, за да се открие механизма, според който се създават и разпространяват тези самостоятелни структури. Системата оригинално е била създадена за изучаването на подобен феномен в токамаци. Чрез симулации се пресъздава формирането на такива самостоятени структури и качествено и количествено (сравними размер и скорост) и така се потвърждават теоретичните предсказания за тяхното съществуване.

"Клъстър е първата космическа мисия, която сравнява природен феномен като солитоните с теоретичните модели в много по-голям детайл от която и да е друга преди това, благодарение на уникалната си способност за различаване на пространствени от времеви вариации. Тези резултати бяха една от основните цели на мисията", коментира Philippe Escoubet, учен участващ в Клъстър и също експерт по бинарни звездни системи от Европейската Космическа Организация (ESA).

Източник: http://www.spacedaily.com/reports/Solitons_Found_In_The_Magnetopause_999.html