Кредит: CC0 Общественный домен
Существуют триллионы заряженных частиц — протоны и электроны, основные строительные блоки материи, которые в любой момент времени находятся над головой. Эти высокоэнергетические частицы, которые могут перемещаться со скоростью света, обычно остаются в тысячах километров от Земли, запечатленной там формой магнитного поля Земли.
Иногда, однако, происходит событие, которое может толкнуть их неуместны, отправляя электроны вниз в атмосферу Земли. Эти высокоэнергетические частицы в космосе составляют так называемые радиационные пояса Ван Аллена, и их открытие было одним из первых из космической эры. Новое исследование моей исследовательской группы показало, что электромагнитные волны, генерируемые Lightning, могут вызвать эти электронные души.
Краткий урок истории
В начале космической гонки в 1950 -х годах профессору Джеймсу Ван Аллену и его исследовательской группе в Университете Айовы было поручено построить эксперимент, чтобы летать на самом первом спутнике Соединенных Штатов, Explorer 1. Они разработали датчики для изучения космических Излучение, вызванное высокоэнергетическими частицами, происходящими от солнца, галактикой Млечного Пути или за его пределами.
Однако после запуска Explorer 1 они заметили, что их инструмент обнаруживает значительно более высокие уровни излучения, чем ожидалось. Вместо того, чтобы измерять отдаленный источник излучения за пределами нашей солнечной системы, они, по -видимому, измеряют локальный и чрезвычайно интенсивный источник.
Это измерение привело к обнаружению радиационных поясов Ван Аллена, двух областей в форме зеленовых цветов высокоэнергетических электронов и ионов, окружающих планету.
Ученые считают, что внутренний радиационный пояс, достигающий пика около 621 мили (1000 километров) от Земли, состоит из электронов и высокоэнергетических протонов и со временем относительно стабилен.
Внешний радиационный ремень, примерно в три раза дальше, состоит из высокоэнергетических электронов. Этот ремень может быть очень динамичным. Его местоположение, плотность и содержание энергии могут значительно различаться в зависимости от часа в ответ на солнечную активность.
Открытие этих регионов высокого уровня является не только интересной историей о ранних днях космической расы; Это также служит напоминанием о том, что многие научные открытия пришли к счастью.
Это урок для экспериментальных ученых, включая меня, чтобы сохранить непредвзятость при анализе и оценке данных. Если данные не совпадают с нашими теориями или ожиданиями, эти теории, возможно, потребуются пересмотреть.
Наши любопытные наблюдения
В то время как я преподаю историю космической расы на курсе космической политики в Университете Колорадо, Боулдер, я редко связываю ее со своим собственным опытом в качестве ученого, исследующего радиационные пояса Земли. Или, по крайней мере, я не недавно.
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
В исследовании, проведенном Максом Фейнлендом, студентом из моей исследовательской группы, мы наткнулись на некоторые из наших неожиданных наблюдений за радиационными поясами Земли. Наши результаты заставили нас переосмыслить наше понимание внутреннего радиационного пояса Земли и процессов, влияющих на него.
Первоначально мы намеревались искать очень быстрые-саб-секунду-беремтировки высокоэнергетических электронов, входящих в атмосферу из внешнего излучения, где они обычно наблюдаются.
Многие ученые считают, что тип электромагнитной волны, известной как «хор», может выбить эти электроны из положения и отправить их в атмосферу. Их называют припевными волнами из -за их отчетливого щебетающего звука при прослушивании на радио -приемнике.
Feinland разработал алгоритм для поиска этих событий в течение десятилетий измерений со спутника Sampex. Когда он показал мне сюжет с расположением всех событий, которые он обнаружил, мы заметили, что некоторые из них не были такими, где мы ожидали. Некоторые события нанесены на карту на внутренний радиационный ремень, а не на внешний ремень.
Этот вывод был любопытным по двум причинам. Во -первых, в этом регионе не распространяются волны хора, поэтому что -то еще должно было трясти эти электроны.
Другим сюрпризом было найти электроны этого энергичного во внутреннем радиационном поясе вообще. Измерения из миссии Ван Аллена в НАСА вызвали возобновление интереса к внутреннему радиационному поясу. Наблюдения из зондов Ван Аллена показали, что электроны высокой энергии часто отсутствуют в этом внутреннем радиационном поясе, по крайней мере, в течение первых нескольких лет этой миссии, с 2012 по 2014 год.
Наши наблюдения теперь показали, что, на самом деле, бывают случаи, когда внутренний ремень содержит высокоэнергетические электроны. Как часто это правда и при каких условиях остаются открытыми вопросами для изучения. Эти высокоэнергетические частицы могут повредить космическим кораблям и наносить ущерб людям в космосе, поэтому исследователи должны знать, когда и где в космосе они присутствуют, чтобы лучше разрабатывать космический корабль.
Определение виновника
Один из способов нарушить электроны во внутреннем радиационном поясе и пнуть их в атмосферу Земли фактически начинается в самой атмосфере.
Молния, большие электромагнитные разряды, которые освещают небо во время грозы, могут фактически генерировать электромагнитные волны, известные как молнические свистлищики.
Эти волны могут затем проходить через атмосферу в космос, где они взаимодействуют с электронами во внутреннем излученном ремне, — на припев, так как волны хора взаимодействуют с электронами во внешнем радиационном ремне.
Чтобы проверить, находилась ли молния за наши внутренние обнаружения радиационных ремней, мы оглянулись на электронные всплески и сравнили их с данными грозы. Некоторая молния казалась коррелированной с нашими электронами, но большая часть этого не была.
В частности, только молния, которая произошла сразу после так называемых геомагнитных штормов, привела к всплескам электронов, которые мы обнаружили.
Геомагнитные штормы-это нарушения в ближней земной космической среде, часто вызванной большими извержениями на поверхности солнца. Эта солнечная активность, если направлена на землю, может создать то, что исследователи термит космическую погоду. Космическая погода может привести к потрясающим аурорам, но она также может нарушить операции спутниковой и силовой сетки.
Мы обнаружили, что сочетание погоды на земле и погоды в космосе создает уникальные электронные сигнатуры, которые мы наблюдали в нашем исследовании. Солнечная активность нарушает радиационные пояса Земли и нажимает внутренний ремень очень высокоэнергетическими электронами, затем молния взаимодействует с этими электронами и создает быстрые всплески, которые мы наблюдали.
Эти результаты дают хорошее напоминание о взаимосвязанной природе земли и пространства. Они также были долгожданным напоминанием для меня часто нелинейного процесса научного открытия.
Обеспечивается разговором
