“杀手电子”与围绕地球的太空天气玩弹球游戏
2024-10-20 11:33阅读：
“杀手电子”与围绕地球的太空天气玩弹球游戏
By Robert Lea
published 18 October
2024
Earth
“它们能渗透卫星上的金属、击中电路板并且如果它们击中一个在太空中的人能是致癌的”
。
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how it works.
以青色显示陷住的能被闪电释放的电子的磁场的描画。
(Image credit: UCLA EPSS/NASA SVS)
按照来自科罗拉多大学博尔德分校的科学家们的一项新研究，跨地球的闪电闪烁可能使超热
“杀手电子”围绕我们的星球倾泻。由于这一结果该团队提出太空天气和地球能联合来玩“宇宙弹球”
当该团队正在研究显示了高能高速的“热”电子可以被从内辐射带中躲避的卫星数据时这一发现几乎被偶然做出，内辐射带是一个围绕我们星球包裹把持着被地球的叫磁层的保护性磁泡带电粒子在位的区域。
这项研究可以帮助科学家保护在轨道中的卫星和其他仪器免受破坏并有助于保护宇航员在未来的太空使命中免受潜在的致命辐射。这也提出空间天气和地球天气比以前怀疑的更交织在一起。
团队负责人、科罗拉多大学博尔德分校研究员马克思（Max
Feinland）在一份声明中说，“这些粒子是可怕的或者有些人叫‘杀手电子’。它们能渗透卫星上的金属，击中电路板并且如果它们击中太空中的人能是致癌的”。
杀手电子进击！
围绕地球包着的是两条陷有高能粒子的带，被磁层把持在位。这些被称为范艾伦辐射带。
杀手电子以接近光速的速度竞速穿过这些带，它们携带着大量的能量。这些粒子不仅能穿透卫星屏蔽，而且还能造成能破坏的微小雷击或甚至损坏重要和脆弱的航天器部件。
这些带的内部区域被考虑为在地球上空约600英里（966公里）的高度开始，而外层被认为在我们星球表面上空约12000英里（19312公里）开始。
范艾伦带在地球大气层和它的太空环境之间服务一个松散的屏障。它们也是动态的，能够移动和变化。科学家们早就知道带电粒子能从外辐射带落向地球。低能量或“冷”粒子也已经被检测到从更稳定的内辐射带坠落。
这是第一个高能带电粒子也能从已经被考虑为更稳定的内带“下雨”的暗示。这也是第一个这种“电子雨”能被闪电引发的暗示。
科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室（LASP）的团队成员劳伦（Lauren
Blum）在声明中说，“太空天气真的被来自上下驱动。通常内带被认为有点无聊的。它是稳定的。它总是在那里”
。
来自一个地磁风暴激发的加速电子绕着地球的范艾伦辐射带竞速转着并达到接近光速。.
(Image credit: NASA's Goddard Space Flight Center; Tom
Bridgman, animator)
该团队理论化当闪电在地球上空闪烁时无线电波被朝向太空发射。如果这些无线电波击中围绕我们星球辐射带中的电子，它们能摇动松散的电子，造成“闪电诱导的电子沉淀”或“电子雨”
在分析来自美国国家航空航天局现已退役的太阳、异常和磁层粒子探测器（SAMPEX）卫星的数据时马克思看到了高能电子移动穿过地球的内辐射带的“团块”。他把这些观察结果带给劳伦，劳伦告诉他
“这不是这些被假设是的的地方。”
宇宙弹球
进一步调查这个，两人识别了1996年至2006年10年间发生在内辐射带中的45次高能电子激增。马克思随后将这些数据与北美的雷击记录比较。浮现的是一个雷击和电子中峰值之间的共相关性，电子峰值发生在雷击地面后约一秒钟。
该团队认为当闪电击中时它开始一场疯狂的覆盖整个地球的弹球游戏。触发的无线电波向上涟漪进入太空，撞击在内辐射带中的电子。
在这个比喻性的弹球游戏中这个像一个“加球”特征一样的行动放掉然后在地球南北半球之间混沌的反弹的电子。该过程的这一阶段仅持续0.2秒。一些在我们地球南北半球之间疯狂穿梭的电子随后落入我们的大气层。
劳伦说，“你有一大块反弹然后回来又反弹的电子，你会看到这个初始信号，它将衰减掉”
。
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劳伦、马克思及其同事目前不知道这些“杀手级电子雨”的拳击比赛多经常发生的。一种理论是在太阳是特别活跃的时期它们最为常见并向地球爆发更多被磁层捕获并补充范艾伦带的高能电子。
该团队的研究于10月8日发表在
Nature
Communications上。
