ปริศนาแก้ไขวงแหวนรังสีดวงที่สาม - บางส่วน

นักวิจัยรู้ว่าทำไมวงแหวนที่สามปรากฎใน Van Allen Belt บนโลกในช่วงเวลาสั้น ๆ

วงแหวนที่สาม (สีแดง) ยังคงอยู่ในเดือนกันยายน 2012 เป็นเวลาสี่สัปดาห์จากนั้นก็หายไปอีกครั้ง © Yuri Shprits, Adam Kellerman, Dmitri Subbotin / UCLA
อ่านออกเสียง

โดยปกติแล้วเข็มขัดป้องกันรังสีสองตัวจะล้อมรอบโลก แต่ในเดือนกันยายน 2012 แหวนวงที่สามลึกลับก็ปรากฏตัวขึ้นสองสามสัปดาห์ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบต้นกำเนิดของมัน: หอพลาสมาชนิดหนึ่งในเข็มขัดแวนอัลเลนกวาดอิเล็กตรอนที่เร็วมากออกมาจากวงแหวนอีกสองวงและเก็บมันชั่วคราวในหนึ่งในสาม สิ่งที่น่าสนใจคืออิเล็กตรอนเหล่านี้ดูเหมือนจะเชื่อฟังกฎทางกายภาพอื่น ๆ นอกเหนือจากวงแหวนอีกสองวงดังที่นักวิจัยรายงานไว้ในวารสาร Nature Physics

Van Allen Belt เป็นการค้นพบครั้งแรกของยุคอวกาศ: เร็วเท่าที่ 1958 เครื่องมือบน board Explorer 1 ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกของสหรัฐอเมริกาที่ส่งไปยังอวกาศลงทะเบียน สายพานประกอบด้วยวงแหวนรูปโดนัทสองวงที่มีอนุภาคพลังงานสูงล้อมรอบดาวเคราะห์ของเรา สนามแม่เหล็กของโลกถืออนุภาคที่มีประจุและทำให้เกิดการแกว่งในส่วนโค้งระหว่างเสา วงแหวนด้านในเริ่มต้นที่ระดับความสูงประมาณ 1, 000 กิโลเมตรและวงที่สองประมาณ 50, 000 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก จนถึงตอนนี้เป็นที่รู้จักกันดี

พัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเครื่องเร่งอนุภาค

แต่แม้กระทั่งหลังจาก 55 ปีของการค้นพบเข็มขัดแวนอัลเลนก็มอบปริศนาให้กับนักวิจัย มันเคยมีความเห็นว่าอนุภาคของเข็มขัดแวนอัลเลนจะมาจากลมสุริยะและรังสีคอสมิคและถูกจับโดยสนามแม่เหล็กของโลก เมื่อเคลื่อนไหวแล้วพวกเขาจะจัดเรียงตัวเองเป็นโครงสร้างวงแหวน แต่ในเดือนกรกฎาคมของปีนี้นักวิทยาศาสตร์ประกาศว่าเข็มขัดทำหน้าที่เป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่: พัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำภายในวงแหวนดึงอิเล็กตรอนออกมาจากอะตอมโรมมิ่งและคิดถึงแรงขับอันทรงพลังจนในที่สุดพวกเขาก็ถึงความเร็วแสงเกือบ

อย่างไรก็ตามในเดือนกันยายน 2012 มีบางสิ่งที่แปลกเกิดขึ้น: ระหว่างวงแหวนทั้งสองที่รู้จักกันในแวนอัลเลนเบลล์วงแหวนอีกวงแคบ ๆ ปรากฏขึ้นซึ่งหายไปอีกครั้งโดยไม่มีร่องรอยหลังจากสี่สัปดาห์ นักวิจัยนำโดย Yuri Shprits จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใน Skolkovo, รัสเซียและเพื่อนร่วมงานได้สำรวจสิ่งที่เป็นโครงสร้างลึกลับเกี่ยวกับ - และสิ่งที่นักดาราศาสตร์สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของอิเล็กตรอนในแถบ

อิเล็กตรอนชนิดพิเศษ

ดังที่พวกเขาค้นพบเหนือสิ่งอื่นใดด้วยความช่วยเหลือจากแบบจำลองสถานการณ์วงแหวนที่สามประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีความสัมพันธ์พิเศษ “ ความเร็วของพวกเขาใกล้เคียงกับความเร็วของแสงและพลังงานของการเคลื่อนไหวของพวกเขานั้นมากกว่าพลังงานที่บรรจุอยู่ในมวลของพวกเขาหลายเท่า” Shprits อธิบาย อนุภาคพลังเช่นนี้เกิดขึ้นในอีกสองวงของ Van Allen G rtels แต่ที่นั่นมีชนกลุ่มน้อยอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะช้าลงและประหยัดพลังงานมากกว่า แสดงผล

อย่างไรก็ตามเมื่อวันที่ 1 กันยายน 2012 คลื่นพลาสม่าที่เกิดจากไอออนในแถบแวนอัลเลนขับอิเล็กตรอน ultrarelativistic เกือบทั้งหมดออกจากวงแหวนรอบนอก ผู้รอดชีวิตจากพายุนี้รวมตัวกันเป็นวงแหวนที่สาม หลังจากที่เกิดพายุฟองพลาสม่าที่ล้อมรอบโลกได้ขยายตัวและล้อมรอบวงแหวนใหม่ ด้วยการทำเช่นนี้เธอช่วยให้อิเล็กตรอนไม่กระจัดกระจายทันทีจากการไหลเข้าของอนุภาคที่มีประจุ เพียงสี่สัปดาห์ต่อมาเมื่อพายุไอออนที่รุนแรงโดยเฉพาะกวาดผ่านตลาดสดเขาได้ทำลายวงแหวนที่สามอันสวยงามแห่งนี้

สิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับมัน: เห็นได้ชัดว่าอิเล็กตรอนที่เร็วมากยังตอบสนองต่อพัลส์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำทั่วไปในแถบแวนอัลเลนมากกว่าพลังที่มีพลังน้อยกว่า เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกเร่งความเร็วด้วยคลื่นอิเล็กตรอน ultrarelativistic ก็ไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ เหนือสิ่งอื่นใดนี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าความถี่ของพวกเขาแตกต่างกันอย่างมากนักวิจัยกล่าว

ไม่มีมวลเป็นเนื้อเดียวกัน

จนถึงตอนนี้สันนิษฐานว่าอิเล็กตรอนทั้งหมดในแถบแวนอัลเลนก่อตัวเป็นเนื้อเดียวกัน “ แต่ตอนนี้เราพบว่าวงแหวนของรังสีประกอบด้วยประชากรต่าง ๆ ของอิเล็กตรอนซึ่งถูกควบคุมโดยกระบวนการทางกายภาพที่แตกต่างกันมาก” Shprits กล่าว "พวกมันตอบสนองต่อการรบกวนในอวกาศที่แตกต่างกัน" ตามที่นักวิจัยพบว่าการค้นพบใหม่เหล่านี้เป็นเพียงส่วนปลายของภูเขาน้ำแข็งทั้งหมด สำหรับยังไม่ทราบว่าอะไรที่เร่งอิเล็กตรอน ultrarelativistic ให้มากและพวกมันมาจากไหน

การค้นพบดังกล่าวมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผู้ให้บริการดาวเทียมที่บินผ่านโดนัทในอวกาศ เพราะอิเล็กตรอน ultrarelativistic สามารถเจาะเกราะป้องกันของดาวเทียมได้อย่างง่ายดาย ผลที่เกิดขึ้นมีตั้งแต่ความผิดปกติเล็กน้อยและข้อผิดพลาดข้อมูลไปจนถึงความล้มเหลวของดาวเทียมอย่างสมบูรณ์ (ฟิสิกส์ของธรรมชาติ, 2013; doi: 10.1038 / NPHYS2760)

(มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย - ลอสแองเจลิส / ธรรมชาติวิทยา, 23.09.2013 - NSC / NPO)