Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 20.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Ультрарелятивистские частицы - разогнать за 60 секунд

Ультрарелятивистские частицы — разогнать за 60 секунд
shortstoryf

8 октября 2013 года взрыв на поверхности Солнца запустил сверхзвуковую взрывную волну солнечного ветра в комическое пространство. Эта волна прошла мимо Меркурия и Венеры, столкнулась с Луной прежде, чем ей был открыт прямой путь к Земле. Волна заряженных частиц нанесла сильнейший удар магнитному полю нашей планеты, запустив цепную реакцию во всех частицах вокруг Земли. Два космических зонда-близнеца Van Allen Probes (Radiation Belt Storm Probes, RBSP), движущиеся по кругу в пределах радиационных поясов глубоко в магнитном поле Земли, сумели зафиксировать эффекты ударной волны как раз перед событием и сразу после него. Уже в наши дни, специалисты из Массачусетского технологического университета проанализировали эти данные и обнаружили присутствие внезапных и сильных воздействий в последействии ударной солнечной волны: возникшие в результате магнитозвуковоые волны, жившие всего 60 секунд, отразились от радиационных поясов Земли и ускорили определённые частицы до ультравысоких энергий.

«Эти частицы очень лёгкие, но они являются ультрарелятивистскими, мы их называем электронами-убийцами. Эти частицы могут пройти беспрепятственно прямо через спутник. Они движутся с ускорением, а их число во время воздействия солнечного выброса увеличивается в десять раз всего за одну минуту. Мы смогли практически в реальном времени видеть весь этот процесс и это действительно захватывающе, поскольку даже с точки зрения радиационного пояса эти электроны являются чересчур быстрыми», — Джон Фостер, заместитель директора Обсерватории Хейстек в Массачусетсе.

Опубликованные результаты представляют собой первые «живые» наблюдения за эффектами солнечной ударной взрывной волны, оказываемые на радиационные пояса нашей планеты, от начала и до конца.

Ударная волна на месте преступления

С августа 2012 года зонды RBSP двигаются по орбите вокруг Земли в пределах радиационных поясов Ван Аллена. Их миссия заключается в исследовании и описании экстремальных условий окружающей среды в пределах этих поясов, чтоб в будущем создавать космические аппараты, менее подверженные воздействию высокоэнергетических частиц. Один из вопросов, на который стремится ответить миссия состоит в изучении того, как радиационные пояса дают начало ультрарелятивистским электронам — частицам, которые проносятся мимо Земли со скоростью 1000 километров в секунду, делая полный оборот вокруг неё всего за пять минуть. Эти высокоскоростные частицы могут бомбардировать спутники и космические аппараты, нанося непоправимый ущерб ботовой электронике.

Два зонда RBSP движутся по одной и той же орбите вокруг Земли, но один из них отстаёт от другого на час. 8 октября 2013 года RBSP-1 совершенно случайно оказался в правильном месте, прямо напротив Солнца, и наблюдал радиационные пояса непосредственно перед тем, как ударная волна поразила магнитное поле Земли. Второй зонд, RBSP-2, который достиг этого же положения спустя один час, смог сделать запись последствий воздействия взрывной волны.

Удар молота по магнитному полю

Фостер и его коллеги проанализировали данные этих исследований и сумели составить следующую последовательность событий: как только солнечная волна столкнулась с магнитным полем нашей планеты, как говорит сам Фостер, она нанесла «сокрушительный удар» по нему. Но вместо того, чтобы разрушить этот барьер, взрывная волна эффективно отскочила в сторону и произвела волны, распространяющиеся в обратном направлении в форме магнитозвукового импульса — мощной, намагниченной звуковой волны, которая посредством цепной реакции в частицам магнитного поля сумела за несколько минут достигнуть противоположной стороны Земли. В это время учёные заметили, что эта пульсация смела в космическое пространство определённые частицы более низких энергий. Электрическое поле в пределах импульса ускорило эти частицы до энергий порядка 3-4 миллиона эВ, создавая в десять раз больше ультрарелятивистских электронов, нежели существовало раньше.

При пристальном разборе ситуации исследователи смогли идентифицировать и механизм, посредством которого были ускорены эти частицы. Как оказалось, если скорость частиц, движущихся вокруг Земли, совпадает со скоростью распространения магнитозвукового импульса, то в них возникает резонансный дрейф. Такие частицы наиболее подвержены передаче энергии от взрывной волны по мере её движения в радиационных поясах. Чем дольше частица взаимодействует с пульсацией, тем большее ускорение она приобретает. Фостер говорит, что подобные волны могут воздействовать на Землю до двух раз за месяц, а исследуемый случай в 2013 году является незначительным событием.

«Это был довольный слабый удар. Мы знаем, что они могут быть намного сильнее. Взаимодействие между солнечным ветром и магнитосферой Земли может создавать радиационные пояса многими способами, некоторые из которых могут занять месяцы, другие — дни. Процесс передачи энергии занимает от нескольких секунд до нескольких минут. Мы всё это знаем, но на самом деле это всего лишь верхушка айсберга в нашем познании физики радиационных поясов».

Изображение:
RBSP ультрарелятивистские частицы

На этой иллюстрации изображена магнитосфера Земли с высокоэнергетическими частицами радиационных поясов Ван Аллена (показаны красным). Показаны различные процессы, ответственные за ускорение частиц до релятивистских энергий. Источник: Nasa

По информации Массачусетского технологического университета.

Метки

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google