Вблизи Земли нашли природный ускоритель элементарных частиц

Американские астрофизики при помощи спутников Van Allen probes обнаружили в радиационных поясах Земли источник электронов с энергиями около нескольких килоэлектронвольт.

Подробности со ссылкой на публикацию исследователей в журнале Physical Review Letters приводит Physics.

Запущенные в 2012 году спутники Van Allen probes обнаружили в радиационных поясах Земли электроны с энергией в несколько мегаэлектронвольт. Согласно определению электронвольта, такую энергию частицы могли получить, двигаясь в электрическом поле между двумя точками с разностью потенциалов в несколько миллионов вольт. Об открытии «зондов Ван Аллена» стало известно еще в конце августа, но тогда ученые лишь ограничились выводом о том, что природный ускоритель частиц находится именно в самих радиационных поясах, а не где-то за его пределами.

На роль источника частиц с наблюдавшейся энергией в несколько мегаэлектронвольт могли бы сойти плазменные волны (открыты в 2008 году) в магнитосфере Земли, но расчеты показывали, что для ускорения частиц плазменными волнами они должны изначально иметь энергию порядка килоэлектронвольта. Это намного превосходило типичную для плазмы энергию, поэтому исследователям требовалось найти источник частиц с меньшей, чем у плазменных волн, энергией.

Обнаружить и исследовать этот «ускоритель» удалось благодаря тому, что каждый зонд имел специальный выносной датчик на шнуре длиной в 50 метров. Каждую секунду бортовая аппаратура проводила более полутысячи измерений напряженности поля, которые позволили восстановить трехмерную картину распределения плазмы в магнитосфере Земли. Ученые выяснили, что за минуту полета зонды проходили до 7000 параллельных заряженных потоков, и каждая пара потоков из противоположно заряженных частиц работала как большой конденсатор. Ионные и электронные потоки играли роль заряженных пластин, а сторонние частицы, попав в промежуток между ними, получали искомую энергию в несколько килоэлектронвольт. Далее они вылетали параллельно потокам плазмы и попадали в плазменные волны.

Изучение магнитосферы Земли важно не только физикам-теоретикам. Процессы в магнитосфере влияют как на распространение радиоволн (то есть на связь со спутниками), так и на формирование магнитных бурь, а также на защиту Земли от космического излучения. В результате взаимодействия потоков частиц с магнитным полем вокруг планеты возникают пояса из ионов, которые называют либо радиационными поясами, либо поясами Ван Аллена. Первые два пояса были открыты независимо друг от друга советскими и американскими астрофизиками, а третий пояс нашли сравнительно недавно.