Обширные пояса вокруг Земли ускоряют частицы до скорости света, и теперь мы знаем, как

Когда вы смотрите на небо, область космоса вокруг Земли может казаться ясной, как песня, но там происходит много всего, чего мы не видим. В последние годы зонды, изучающие излучение, захваченное магнитным полем Земли, обнаружили кое-что необычное — электроны летят со скоростью, близкой к скорости света.

Одно это не особенность; Электроны со скоростью, близкой к световой, или релятивистские, хорошо известны в космосе благодаря ускорителям космических частиц. Интересно то, что иногда появляются сверхбыстрые ультрарелятивистские электроны — но только во время одних солнечных бурь, а не других.

Команда ученых во главе с космическим физиком Хейли Эллисон из Немецкого центра геонаук GFZ в Германии только что выяснила, почему. И все это связано с невидимыми радиационными поясами, заполненными частицами, вокруг Земли.

Исследователи обнаружили, что только если плазма в радиационном поясе была значительно истощена, электроны могут достичь этих ультрарелятивистских скоростей.

Официально известные как радиационные пояса Ван Аллена, эти пояса расположены в области космоса, почти сразу же окружающего Землю. Внутренний пояс простирается от 640 до 9600 километров по высоте, а внешний пояс — от примерно 13 500 до 58 000 километров. Это регионы, в которых магнитное поле Земли улавливает заряженные частицы солнечного ветра.

Здесь, на Земле, эти области не окажут заметного влияния на нашу повседневную жизнь (хотя мы бы наверняка заметили, если бы они исчезли, и солнечный ветер мог бы свободно забросать нас заряженными частицами), но важна область космоса непосредственно вокруг нашей планеты, находящейся на высоте около 2000 километров, где мы размещаем большинство наших спутников. Вот где может быть полезно знать, какая космическая погода может производить ультрарелятивистские электроны.

При ускорении до таких высоких скоростей электроны становятся опасными. Из-за их высокой энергии даже лучшая защита не может спасти от них, а их заряд, когда они проникают в космический корабль, может разрушить чувствительную электронику.

Итак, Эллисон и ее команда приступили к анализу данных зондов Ван Аллена, двух космических кораблей, запущенных для изучения поясов Ван Аллена в 2012 году.

За это время зонды зафиксировали несколько солнечных бурь, интенсивных событий, в которых вспышка Солнца обрушивает земную магнитосферу солнечным ветром и радиацией.

Они пытались выяснить, почему одни из этих бурь приводили к появлению ультрарелятивистских электронов, а другие — нет. В частности, они хотели исследовать плазму.

Плазменные волны — колебания электрического и магнитного полей, как известно, оказывают ускоряющее действие на электроны, которые могут «бороздить» плазменные волны, как серфер использует волны воды для ускорения.

А солнечные бури, как известно, возбуждают плазменные волны вокруг Земли; фактически, зонды Ван Аллена внесли свой вклад в открытие того, что так называемые плазменные волны вокруг Земли могут ускорять электроны.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.