„Centurile” vaste din jurul Pământului accelerează particulele aproape de viteza luminii și acum știm cum

Când te uiți la cer, regiunea spațiului din jurul Pământului poate părea limpede ca un cântec, dar acolo se întâmplă atât de multe, încât pur și simplu nu le putem vedea. În ultimii ani, sondele care studiază radiațiile prinse de câmpul magnetic al Pământului au găsit ceva ciudat – electroni care se închid cu viteze apropiate de viteza luminii.

Numai asta nu este partea ciudată. Electronii apropiați de viteza luminii sau relativitatea sunt bine cunoscuți în univers, mărite de acceleratorii de particule cosmice. Ciudat era viteza suplimentară ocazională, SuperApar electroni relativi – dar numai în timpul unor furtuni solare, nu în altele.

O echipă de oameni de știință condusă de astrofizicianul Hayley Allison de la Centrul German pentru Geoștiințe GFZ a descoperit de ce. Și este vorba despre centurile de radiații invizibile umplute cu particule și înfășurate în jurul Pământului.

Cercetătorii au descoperit că numai dacă plasma din centura de radiații ar fi epuizată foarte mult înainte de o furtună solară, electronii ar putea atinge acele viteze ultrarapide.

Aceste centuri sunt cunoscute oficial sub numele de centuri de radiații Van Allen și sunt situate în buzunarul spațial care înconjoară Pământul. Centura interioară se extinde de la De la 640 la 9.600 de kilometri (400 până la 6.000 de mile) în altitudine, iar centura exterioară de la aproximativ 13.500 la 58.000 de kilometri. Ce regiuni captează câmpul magnetic al Pământului particulele încărcate din vântul solar.

Aici, pe Pământ, aceste regiuni nu vor afecta în mod semnificativ viața noastră de zi cu zi (deși am putea observa cu siguranță dacă dispar și vântul solar ne poate scoate liber particule încărcate), dar regiunea spațiului este imediat în jurul planetei la o altitudine de aproximativ 2000 de kilometriUnde plasăm majoritatea sateliților noștri. Aici poate fi util să știți ce fel de vreme spațială poate produce electroni ultrarapizi.

Când sunt accelerați la viteze atât de mari, acești electroni devin periculoși. Datorită energiilor lor ridicate, nici măcar cea mai bună protecție nu le poate împiedica să iasă, iar încărcarea lor atunci când pătrund în nava spațială poate distruge electronica sensibilă.

Așadar, Allison și echipa ei și-au propus să analizeze datele de la Senzorii lui Van Allen, nava spațială dublă care a fost lansată pentru a studia centurile Van Allen în 2012 (înainte de a fi dezactivate în 2019).

În acest timp, senzorii au înregistrat multe furtuni solare, care sunt evenimente intense în care o explozie a soarelui face ca magnetosfera Pământului să fie acoperită cu vânt solar și radiații.

Încercau să descopere de ce unele dintre aceste furtuni au provocat apariția unor electroni ultrarapizi, iar altele nu. În special, au vrut să examineze plasma.

Undele plasmatice – fluctuațiile câmpurilor electrice și magnetice – sunt cunoscute ca având un efect accelerator asupra electronilor, care pot „naviga” undele plasmatice la fel cum schiorii de apă folosesc undele apei pentru a le accelera.

Si Furtuni solare Se știe că excită undele plasmatice din jurul Pământului; De fapt, senzorii lui Van Allen au ajutat la descoperirea faptului că undele de plasmă numite „cor” în jurul Pământului ar putea Accelerarea electronilor, Deși efectul singur a fost considerat a fi insuficient pentru a explica electronii ultrafin observați. Cercetătorii cred că trebuie să existe un fel de proces de accelerare în doi pași.

Astfel, echipa a comparat observațiile plasmatice efectuate de senzorii Van Allen cu furtunile solare, cu sau fără electroni ultrafini, pentru a încerca să-și dea seama ce se întâmplă.

Densitatea plasmei este dificil de măsurat direct, dar echipa a reușit să deducă densitatea din fluctuațiile câmpurilor electrice și magnetice. Cercetătorii au descoperit că electronii ultrafini sunt asociați cu epuizarea intensă a densității plasmei și prezența undelor corului.

Este un rezultat care arată că procesul de accelerare în două etape, așa cum se credea anterior că este responsabil, nu este necesar pentru electronii ultrarapizi.

Deși echipa s-a concentrat asupra vitezei maxime de electroni, au constatat, de asemenea, că atunci când densitatea plasmei este mai mică, undele corului accelerează electronii la viteze relative pe perioade de timp mai scurte decât atunci când densitatea plasmei este mai mare.

„Acest studiu arată că electronii din centura de radiații a Pământului pot fi accelerați instantaneu local la energii infinitesimale, dacă condițiile mediului plasmatic – undele plasmatice și densitatea plasmatică temporar redusă – sunt corecte”, A explicat fizicianul Yuri Sprits De la Centrul German pentru Geoștiințe GFZ și Universitatea din Potsdam din Germania.

„Particulele pot fi considerate ca navigați pe undele plasmatice. În regiunile cu densitate plasmatică extrem de scăzută, ele pot absorbi doar multă energie din undele plasmatice. Mecanisme similare pot funcționa în învelișurile magnetice ale exoplanetelor precum Jupiter sau Saturn și în alte corpuri astrofizice. „”.

Cercetarea a fost publicată în Știința avansează.