Выяснилось, почему электроны в магнитосфере Земли разгоняются до опасных скоростей
Радиационные пояса Ван Аллена оказались способны разгонять электроны до опасных скоростей.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances, коротко о нем рассказывает Science Alert.
Электроны со скоростью, близкой к световой, или релятивистские, часто встречаются в космосе. Однако иногда появляются сверхбыстрые ультрарелятивистские электроны. Это случается во время солнечных бурь, но не всех.
Команда ученых во главе с космическим физиком Хейли Эллисон из Немецкого центра геонаук GFZ (Германия) обнаружила, что это связано с состоянием радиационных поясов Земли, известных как пояса Ван Аллена.
Внутренний пояс простирается от 640 до 9600 км по высоте, а внешний пояс — от 13 500 до 58 000 км. Это регионы, в которых магнитное поле Земли улавливает заряженные частицы солнечного ветра.
Эти области защищают нашу планету от бомбардировки заряженными частицами. Однако на высоте около 2000 км мы размещаем большинство наших спутников, и здесь очень важно знать о возможности появления ультрарелятивистских электронов. При таком ускорении эти частицы становятся опасными. Из-за их высокой энергии даже лучшая защита не может их отразить, а их заряд, когда они проникают в космический корабль, может разрушить чувствительную электронику.
Эллисон и ее команда попытались выяснить, почему некоторые из солнечных бурь приводят к появлению ультрарелятивистских электронов, а другие — нет. Оказалось, что электроны могут достичь ультрарелятивистских скоростей, только если плазма в радиационном поясе была значительно истощена до начала солнечной бури.
Плазменные волны — колебания электрического и магнитного полей — оказывают ускоряющее действие на электроны подобно тому, как серферы разгоняются на океанских волнах. Солнечные бури возбуждают плазменные волны вокруг Земли, которые могут ускорять электроны. Ранее считалось, что одной мощности плазменных волн для этого недостаточно, но исследователи обнаружили, что ультрарелятивистские электроны возникают при самой низкой плотности плазмы и никаких других процессов для этого не требуется.
«Наше исследование показывает, что электроны в радиационном поясе Земли могут быть быстро ускорены локально до ультрарелятивистских энергий, если условия плазменной среды — плазменные волны и временно низкая плотность плазмы — этому способствуют, — пояснили исследователи. — Частицы можно рассматривать как серфинг на плазменных волнах. В областях с чрезвычайно низкой плотностью плазмы они могут просто отбирать много энергии от плазменных волн. Подобные механизмы могут работать в магнитосферах внешних планет, таких как Юпитер или Сатурн. и в других астрофизических объектах».
Фото: Shutterstock
Наличие воды на Луне объяснили «дождем» с Земли
Выяснилось, что на Южный полюс попадает меньше солнечного ветра, чем на Северный
