Електронните потоци в радиационните пояси на Земята възникват в резултат на взаимодействието на космическите лъчи с атомите в горните слоеве на атмосферата на планетата, „избивайки“неутроните от тях, според статия, публикувана в списанието Nature.
„За първи път успяхме да открием създаването на тези високоенергийни електрони във вътрешния ръб на поясите на Ван Алън. Успяхме да разрешим гатанка, над която физиците озадачаваха почти шест десетилетия “, каза Синлин Ли от Университета на Колорадо в Боулдър (САЩ).
Земята, за разлика от Венера и редица други планети на Слънчевата система, има собствено магнитно поле, което се генерира в резултат на движението на течни потоци от метал в сърцевината му. Това магнитно поле действа като своеобразен „щит“, който отразява космическите лъчи, високоенергийните заредени частици и защитава Земята от слънчевия вятър и изхвърлянията на короналната маса на Слънцето.
Следи от неговото съществуване са така наречените пояси на ван Алън - две зони на височина около 6 хиляди и 60 хиляди километра от земната повърхност, където има голям брой високоенергийни протони и електрони, „уловени“от магнитното поле на Земята и се движат в един вид магнитна капан. Взаимодействието им с атмосферата поражда красива полярност и по време на слънчеви пламъци води до радиосмущения и други технически проблеми.
Една от основните загадки на поясите на Ван Алън след откриването им през 1958 г. е откъде идват високоенергийните електрони и протони, които обитават радиационния щит на Земята и причиняват пламъци на полюсите на планетата. Както отбелязва Лий, учените отдавна подозират, че техният източник са космически лъчи, сблъскващи се с атоми в атмосферата, но те не са имали еднозначни доказателства за това.
Допълнителен проблем е, че космическите лъчи, генерирани от експлозии на свръхнова и пулсарна активност, "бомбардират" Земята с приблизително същата честота, докато броят и свойствата на електроните в поясите на Ван Алън могат да се променят драстично с много висока скорост. Това кара много изследователи да се съмняват, че тези електрони възникват в резултат на разпад на неутрони, които космическите лъчи „избиват“от азотни и кислородни атоми.
За да тестват тези идеи, Лий и неговите ученици сглобиха микросателит CSSWE, оборудван с миниатюрни колела на детекторите за електрон и протони, които бяха разработени в Университета в Колорадо за RBSP сондите, лансирани от НАСА през август 2012 г. за проучване на структурата на коланите на Van Allen.
Този спътник беше изстрелян в долна орбита и той изучаваше не вътрешните слоеве на поясите на Ван Алън, а долния ръб на първата му част, където, както предполагаха учените, трябва да се произвеждат електрони и протони по време на сблъсъци на газови молекули и „гости от космоса“.
Промоционално видео:
Такива сблъсъци, както обясняват учените, би трябвало да доведат до производството на протони и електрони в много тесни енергийни диапазони, така че те да бъдат лесно изчислени и оценени колко често космическите лъчи се сблъскват с атмосферните атоми и да разберат каква роля играят за запълването на поясите на Ван Алън и как стигат до там.
Както показаха тези измервания, такива електрони възникват в големи количества на височина, приблизително равна на радиуса на Земята, а скоростта на тяхното образуване и техните свойства остават постоянни във всички региони и на всички височини. Това говори в полза на факта, че те всъщност се генерират от космически лъчи.
Нещо повече, това се доказва от броя на електроните, записани от CSSWE - техният брой, както отбелязват учените, почти в идеалния случай съответства на колко неутрона трябва да генерират космически лъчи. Всичко това, съответно, свидетелства за факта, че почти всички електрони, участващи в раждането на Аврорите, са с наистина „космически“произход.