"Електрони-убийци" играят пинбол с космическото време около Земята

Удари от мълнии над Земята могат да накарат ултрагорещи "електрони-убийци" да поиграят на "космически пинбол" с космическото време и Земята и накрая да "завалят" като дъжд върху нашата планета, съобщава ново изследване на учени от Университета в Колорадо Боулдър. 

Откритието е направено почти случайно, докато учените изучават сателитни данни, показващи, че високоенергийни и високоскоростни "горещи" електрони могат да бъдат изместени от вътрешния радиационен пояс – област от заредени частици, обгръщаща нашата планета, която се задържа от защитният магнитен балон на Земята, наречен магнитосфера.

Това изследване може да помогне да се защитят сателитите и други инструменти в орбита от повреди и да помогне за защитата на астронавтите от потенциално смъртоносна радиация при бъдещи космически мисии. Изследването показва, че космическото време и времето на Земята са по-преплетени, отколкото се предполагаше досега.

"Тези частици са опасни или както някои хора ги наричат ​​"електрони-убийци". Те могат да проникнат през метала на сателити, да ударят платки и могат да бъдат канцерогенни, ако ударят човек в космоса", обяснява Макс Фейнланд (Max Feinland), ръководител на екипа и изследовател от Университета на Колорадо Боулдър.

Убийствен заряд на електрони

Около Земята са обвити два пояса от уловени високоенергийни частици, задържани на място от магнитосферата. Наричат ги радиационни пояси на Ван Алън.

Електроните-убийци препускат през тези пояси със скорост близка до тази на светлината, носейки със себе си огромна енергия. Тези частици не само могат да проникнат през сателитното екраниране, но също така могат да причинят удари на микроскопични мълнии, които да повредят и дори да унищожат жизненоважни и деликатни компоненти на космическите кораби.

Два гигантски радиационни пояса обграждат Земята. Вътрешният пояс (червен) е доминиран от протони, а външният (син) от електрони. Кредит: NASA

Смята се, че вътрешният регион на поясите започва на надморска височина от около 1000 километра над Земята и че външният слой започва на около 13 000 км над повърхността на нашата планета.

Поясите на Ван Алън служат като рехава бариера между земната атмосфера и нейната космическа среда. Те също са динамични, способни да се движат и променят. Учените знаят от известно време, че заредените частици могат да падат от външния радиационен пояс към Земята. От по-стабилния вътрешен радиационен пояс също се откриват да падат и нискоенергийни или "студени" частици.

Това е първият намек, че високоенергийни заредени частици също могат да "валят" от вътрешния пояс, който се смяташе за по-стабилен. Това е и първият намек, че този "електронен дъжд" може да бъде предизвикан от мълния.

"Космическото време всъщност се управлява както отгоре, така и отдолу",отбелязва  членът на екипа Лорън Блум (Lauren Blum) от Лабораторията за атмосферна и космическа физика (LASP) в Университета в Колорадо Боулдър. "Обикновено се смята, че вътрешният пояс е някак скучен. Той е стабилен. Винаги е там."

Ускорени електрони, заредени с енергия от геомагнитна буря, препускаха около радиационните пояси на Ван Алън на Земята и достигнаха скорост, близка до светлинната. Кредит: NASA's Goddard Space Flight Center; Tom Bridgman

Екипът е установил, че когато проблесне мълния в небето над Земята,  към космоса се изстрелват радиовълни. Ако тези радиовълни ударят електрони в радиационните пояси около нашата планета, те могат да разтърсят свободните електрони, причинявайки "индуциран от мълния електронен валеж" или "електронен дъжд".

Докато анализира данни от вече изведения от експлоатация спътник на НАСА SAMPEX (Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer), Фейнланд забелязва струпвания на високоенергийни електрони, движещи се през вътрешния радиационен пояс на Земята. 

Космически пинбол

Проучвайки случая, екипът идентифицира 45 удара на високоенергийни електрони във вътрешните радиационни пояси, настъпили през десетилетието между 1996 и 2006 г. След това Фейнланд сравнява тези данни със записи на мълнии над Северна Америка и разкрива връзка между ударите на мълния и пиковете в електроните, появили се около секунда след като мълнията пада над земята.

Екипът смята, че когато удари мълния, тя стартира бясна игра на пинбол, която обхваща цялата Земя. Задействаните радиовълни трептейки се издигат нагоре в космоса, удряйки електрони във вътрешния радиационен пояс.

Това действа като "добавяне на топка" в тази своеобразна игра на пинбол, хвърляйки електрони, които след това хаотично отскачат между Северното и Южното полукълбо на Земята. Тази фаза на процеса продължава само 0,2 секунди. Някои от електроните, които трескаво прескачат между Северното и Южното полукълбо на нашата планета, след това падат в земната атмосфера.

Авторите на проучването в момента не знаят колко често се случват тези пристъпи на "убийствени електронни дъждове". Една от теориите е, че са най-често срещани през периоди, когато слънцето е особено активно и изстрелва повече високоенергийни електрони към Земята, за да бъдат грабнати от магнитосферата и да попълнят поясите на Ван Алън.

Справка:  Max Feinland et al, Lightning-induced relativistic electron precipitation from the inner radiation belt, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53036-4

Източник: 'Killer electrons' play pinball with space weather around Earth, Live Science

Още по темата

03/10/2024

Земята

Тропически гръмотевични бури генерират изненадващо много и разнообразно гама лъчение

04/04/2022

Космос

Свръхбърз електронен дъжд се излива от магнитосферата на Земята и учените смятат, че знаят защо

22/05/2017

Земята

Хората случайно създадоха защитен балон около Земята (видео)

23/06/2016

Космос

Трети радиационен пояс обгърна Земята