Lightning Strikes yeryüzündeki hava durumu ve uzayda hava durumu

Trilyonlarca yüklü parçacık var –protonlar Ve elektronlarMaddenin temel yapı taşları – herhangi bir zamanda başınızın üstünde whizzing. Işık hızına yakın hareket edebilen bu yüksek enerjili parçacıklar, tipik olarak Dünya’nın manyetik alanının şekliyle sıkışmış, yeryüzünden binlerce kilometre uzakta kalır.

Bununla birlikte, bazen, elektron göndererek onları yerinden çıkarabilen bir olay olur Dünya’nın atmosferine yağmur yağmak. Uzaydaki bu yüksek enerjili parçacıklar, Van Allen Radyasyon Kemerlerive keşfi uzay çağının ilklerinden biriydi. Yeni bir çalışma Araştırma ekibimden, yıldırım tarafından üretilen elektromanyetik dalgaların bu elektron duşlarını tetikleyebileceğini buldu.

Kısa Bir Tarih Dersi

1950’lerde uzay yarışının başında profesör James van Allen ve Iowa Üniversitesi’ndeki araştırma ekibi, Amerika Birleşik Devletleri’nin ilk uydusunda uçmak için bir deney inşa etmekle görevlendirildi, Explorer 1. Çalışmak için sensörler tasarladılar kozmik radyasyonGüneş, Samanyolu galaksisi veya ötesinden kaynaklanan yüksek enerjili parçacıkların neden olduğu.

Explorer 1 başlatıldıktan sonra, enstrümanlarının önemli ölçüde tespit ettiğini fark ettiler Daha yüksek radyasyon seviyeleri beklenenden daha fazla. Güneş sistemimizin ötesinde uzak bir radyasyon kaynağını ölçmek yerine, yerel ve son derece yoğun bir kaynağı ölçüyorlardı.

Bu ölçüm keşfi Van Allen radyasyon kayışları, yüksek enerjili elektronların iki hamur şeklindeki bölgesi ve gezegeni çevreleyen iyonlar.

Bilim adamları, Dünya’dan yaklaşık 621 mil (yaklaşık 1000 mil) zirve yapan iç radyasyon kemerinin elektron ve yüksek enerjili protonlardan oluştuğuna ve zamanla nispeten kararlı olduğuna inanıyorlar.

Dış radyasyon kayışı, yaklaşık üç kat daha uzakta, yüksek enerjili elektronlardan oluşur. Bu kemer son derece dinamik olabilir. Konumu, yoğunluğu ve enerji içeriği, güneş aktivitesine yanıt olarak saate göre önemli ölçüde değişebilir.

Bu yüksek radyasyon bölgelerinin keşfi sadece uzay yarışının ilk günleri hakkında ilginç bir hikaye değil; Ayrıca, birçok bilimsel keşfin mutlu kaza ile ortaya çıktığını hatırlatır.

Deneysel bilim adamları için bir ders, Kendim dahilverileri analiz ederken ve değerlendirirken açık fikirli tutmak. Veriler teorilerimiz veya beklentilerimizle eşleşmiyorsa, bu teorilerin yeniden gözden geçirilmesi gerekebilir.

Meraklı gözlemlerimiz

Boulder, Colorado Üniversitesi’ndeki bir uzay politikası kursunda uzay yarışının tarihini öğretirken, onu dünyanın radyasyon kemerlerini araştıran bir bilim adamı olarak kendi deneyimime nadiren bağlıyorum. Ya da en azından yakın zamana kadar yapmadım.

Araştırma grubumdaki bir lisans öğrencisi olan Max Feinland liderliğindeki bir çalışmada, kendimizin bazılarına rastladık Beklenmedik gözlemler Dünya radyasyon kemerleri. Bulgularımız, Dünya’nın iç radyasyon kemeri ve onu etkileyen süreçler hakkındaki anlayışımızı yeniden düşünmemizi sağladı.

Başlangıçta, çok hızlı-saniyelik-saniye aramaya başladıkyüksek enerjili elektron patlamaları Tipik olarak gözlemlendikleri dış radyasyon kayışından atmosfere girmek.

Birçok bilim adamı inanıyor “Koro” olarak bilinen bir tür elektromanyetik dalga, bu elektronları pozisyondan çıkarabilir ve onları atmosfere gönderebilir. Onlarına koro dalgaları denir. Farklı cıvıltılar Bir radyo alıcısında dinlendiğinde.

Feinland, onlarca yıllık ölçümlerde bu olayları aramak için bir algoritma geliştirdi. Sampex uydu. Bana tespit ettiği tüm olayların yerini içeren bir komplo gösterdiğinde, birçoğunun beklediğimiz yerde olmadığını fark ettik. Bazı olaylar dış kemer yerine iç radyasyon kayışına eşlenen.

Bu bulgu iki nedenden dolayı meraklıydı. Birincisi, koro dalgaları bu bölgede yaygın değildir, bu yüzden başka bir şey bu elektronları sallamak zorunda kaldı.

Diğer bir sürpriz, iç radyasyon kemerinde bu enerjik elektronları bulmaktı. Ölçümler NASA’nın Van Allen Probes Misyonu iç radyasyon kayışına olan ilginin yenilenmesini sağladı. Van Allen problarından gelen gözlemler, yüksek enerjili elektronların Genellikle mevcut değil Bu iç radyasyon kemerinde, en azından bu görevin ilk birkaç yılında, 2012’den 2014’e kadar.

Gözlemlerimiz şimdi, aslında iç kuşağın yüksek enerjili elektronlar içerdiği zamanlar olduğunu gösterdi. Bunun ne sıklıkla doğrudur ve hangi koşullar altında keşfedilecek açık sorular olmaya devam eder. Bu yüksek enerjili parçacıklar uzay aracına zarar verebilir Ve uzayda insanlara zarar veriyorlar, bu yüzden araştırmacılar uzay aracı daha iyi tasarım için ne zaman ve nerede bulunduklarını bilmelidir.

Suçlunun belirlenmesi

İç radyasyon kayışındaki elektronları rahatsız etmenin ve onları Dünya atmosferine atmanın yollarından biri aslında atmosferin kendisinde başlar.

Şimşek, gök gürültülü fırtınalar sırasında gökyüzünü aydınlatan büyük elektromanyetik deşarjlar, aslında olarak bilinen elektromanyetik dalgalar üretebilir. Yıldırım üretilen düdükler.

Bu dalgalar daha sonra atmosferden uzaya gidebilirler, burada elektronlarla etkileşim İç radyasyon kayışında – koro dalgaları dış radyasyon kayışındaki elektronlarla etkileşime girer.

Şimşek içi radyasyon kayışı tespitlerimizin arkasında olup olmadığını test etmek için elektron patlamalarına tekrar baktık ve bunları karşılaştırdık. fırtına verileri. Bazı yıldırım aktivitesi elektron olaylarımızla ilişkili görünüyordu, ancak çoğu değildi.

Özellikle, sadece jeomanyetik fırtınalar olarak adlandırılan yıldırım, tespit ettiğimiz elektron patlamalarıyla sonuçlandı.

Jeomanyetik fırtınalar genellikle güneşin yüzeyinde büyük patlamalardan kaynaklanan dünyaya yakın uzay ortamındaki rahatsızlıklardır. Bu güneş aktivitesi, eğer Dünya’ya yönelirse, araştırmacıların uzay hava durumu olarak adlandırılan şeyleri üretebilir. Uzay havası çarpıcı auroras ile sonuçlanabilir, ancak uydu ve güç ızgarası işlemlerini de bozabilir.

Yeryüzündeki hava ve uzayda hava kombinasyonunun çalışmamızda gözlemlediğimiz benzersiz elektron imzalarını ürettiğini keşfettik. Güneş aktivitesi, Dünya’nın radyasyon kayışlarını bozar ve iç kemeri çok yüksek enerjili elektronlarla doldurur, daha sonra yıldırım bu elektronlarla etkileşime girer ve gözlemlediğimiz hızlı patlamaları oluşturur.

Bu sonuçlar, Dünya ve Mekanın birbirine bağlı doğasını güzel bir şekilde hatırlatır. Ayrıca, sıklıkla doğrusal olmayan bilimsel keşif sürecini bana hoş geldiniz.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır. Konuşma Creative Commons lisansı altında. Oku orijinal makale.