Молния может отправить «электроны-убийцы» в космос со скоростью, близкой к световой

Грозы — одни из самых зрелищных, диких и драматичных явлений, которые может предложить наш мир, но их последствия направлены не только на поверхность Земли.

Согласно новым исследованиям, грозы могут разрывать высокоэнергетические электроны-убийцы вырываются из радиационного пояса планеты и разбрасывают их во всех направлениях. Это новая связь между земной метеорологией и «погодой» в космосе вокруг нас, и она может помочь нам лучше защитить наше космическое оборудование и людей, которых мы отправляем на орбиту.

«Эти частицы самые страшные или страшные. то, что некоторые называют «электронами-убийцами», — говорит аэрокосмический инженер Макс Фейнланд из Университета Колорадо в Боулдере. «Они могут проникать сквозь металл на спутниках, поражать печатные платы и могут быть канцерогенными, если попадут в человека в космосе».

Радиационные пояса Ван Аллена, окружающие нашу планету, как гигантский пончик, являются продуктом магнитного поля Земли. поле, которое улавливает заряженные частицы из ветра, постоянно дующего от Солнца. Внутренний пояс простирается на высоту от 640 до 9600 километров (от 400 до 6000 миль), а внешний пояс — от 13 500 до 58 000 километров.

Эта ловушка полезна для нашей планеты; он защищает нас от основного удара солнечного ветра и заряженных частиц, которыми в противном случае мы были бы засыпаны. Но частицы могут и действительно ускользают. Так называемые электроны-убийцы — это электроны, обладающие такой большой энергией, что они движутся со скоростью, близкой к скорости света или релятивистской скорости.

Поскольку у них так много энергии, экранирование не может их защитить; они могут проникать через спутники (а сейчас их много на низкой околоземной орбите), неся заряд, который рискует повредить внутреннюю электронику и сократить срок службы технологий. Неконтролируемые электроны-убийцы также вредны для здоровья человека, потенциально подвергая астронавтов опасным дозам космического излучения.

Стоит отметить, что мы используем высокоскоростные электроны и для лечения рака. Однако в целом эти быстрые частицы не способствуют хорошему времяпрепровождению для всего, что связано с людьми на их пути.

Существуют процессы, которые могут ускорять электроны с более спокойных энергетических уровней, включая генерируемые солнечные бури. вспышками и корональными выбросами массы, которые так часты на пике цикла солнечной активности.

Исследователи обнаружили связь с молниями, проанализировав спутниковые данные, которые, по-видимому, показали сгустки высокоэнергетических электронов, движущихся через внутренний радиационный пояс. Это стало неожиданностью: внутренний радиационный пояс традиционно считался довольно стабильным и скучным.

Но когда Фейнланд более внимательно изучил архивные записи, он обнаружил 45 всплесков высокоэнергетических электронов в период с 1996 по 2006 год. Некоторые из этих всплесков могут быть связаны с ударами молний в атмосферу Земли, происходящими менее чем через секунду после того, как была зафиксирована молния.

Известно, что молния генерирует электромагнитные волны, известные как свистовые волны, которые возникают на низкой частоте. радиодиапазон спектра. Предыдущие исследования показывают, что свистовые волны, колеблющиеся в нестабильной плазме радиационного пояса, могут заставлять электроны сталкиваться друг с другом, при этом электроны с более низкой энергией передают энергию электронам с более высокой энергией в цепной реакции, которая в конечном итоге может привести к образованию релятивистских электронов-убийц.

Исследователи полагают, что их наблюдения отражают аналогичный механизм: свистящие волны вызывают всплески электронов-убийц, которые прыгают между полюсами, прежде чем затихнуть.

Неясно, как часто это происходит и каковы конкретные условия. необходимо, чтобы вызвать его. Вполне возможно, что солнечная активность играет свою роль, и предыдущие исследования показывают, что плотность плазмы и волновая активность также являются важными факторами в генерации релятивистских электронов. Потребуется немного больше работы, чтобы выяснить различные факторы, действующие в электронах-убийцах, вызванных молнией.

Будущие наблюдения и анализ помогут нам лучше понять природу взаимодействия волн и частиц.

Между тем, результаты показывают, что астронавты, возможно, захотят оставаться в безопасности дома, пока на улице штормит. Вы же не хотите попасть под ливень электронного дождя.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.