Ученые выяснили, как геомагнитное поле защищает Землю от электронов

Понимание ионосферы в высоких слоях земной атмосферы очень важно, поскольку она оказывает влияние на системы связи, спутники и важнейшие химические свойства, включая озоновый слой.

Новые сведения об активности высокоэнергетических электронов ученые получили в результате моделирования, проведенного под руководством геофизика Юто Катоха из Университета Тохоку, о чем сообщается в журнале Earth, Planets and Space.

Наши результаты проясняют неожиданную роль геомагнитного поля, окружающего Землю, в защите атмосферы от высокоэнергетических электронов, — говорит Катох.

Ионосфера — это широкая область, расположенная на высоте примерно от 60 до более 600 км над поверхностью Земли. Она содержит электрически заряженные частицы, представляющие собой смесь ионов и свободных электронов, образующихся при взаимодействии атмосферы с солнечным излучением.

Полярные области ионосферы подвергаются особенно устойчивому и энергичному потоку приходящих электронов в процессе, называемом электронными осадками. Эти «релятивистские» электроны движутся со скоростью, близкой к скорости света, при этом эффекты теории относительности Эйнштейна становятся все более значимыми. Они сталкиваются с молекулами газа и способствуют возникновению многих явлений в ионосфере, включая красочные авроральные проявления. Эти процессы в значительной степени зависят от воздействия геомагнитного поля на участвующие в них заряженные частицы.

Группа специалистов из Тохоку совместно с коллегами из Германии и других институтов Японии разработала сложный программный код, в котором особое внимание было уделено моделированию влияния относительно малоизученной «зеркальной силы» на осаждение электронов. Она обусловлена магнитной силой, действующей на заряженные частицы под влиянием геомагнитного поля.

Моделирование показало, что зеркальная сила заставляет релятивистские электроны отскакивать вверх, причем в степени, зависящей от углов, под которыми электроны прилетают. Предсказанные эффекты означают, что электроны сталкиваются с другими заряженными частицами выше в ионосфере, чем предполагалось ранее.

Приводя один из примеров значимости этой работы, Катох комментирует:

Осаждающие электроны, которым удается пройти через зеркальную силу, могут достигать средней и нижней атмосферы, способствуя химическим реакциям, связанным с изменением уровня озона.

Снижение уровня озона на полюсах, вызванное загрязнением атмосферы, уменьшает защиту живых организмов от ультрафиолетового излучения, которую обеспечивает озон.

Катох подчеркивает, что ключевым теоретическим достижением исследования является выявление удивительной значимости геомагнитного поля и зеркальной силы в защите нижней атмосферы от последствий деятельности электронных осадков, удерживая их на большем расстоянии.

В настоящее время мы начали проект по объединению имитационного моделирования, использованного в данной работе, с реальными наблюдениями полярной ионосферы для достижения еще более глубокого понимания этих важнейших геофизических процессов, — говорит Катох.

04.08.2023

Космос

Кислородом не пахнет: ученые обнаружили следы жизни в космосе
Кислородом не пахнет: ученые обнаружили следы жизни в космосе

Астрономы обнаружили в атмосфере экзоплан...

Углекислый тупик: почему Марс променял океаны на пустыню
Углекислый тупик: почему Марс променял океаны на пустыню

Марсоход NASA Curiosity обнаружил следы углеро...

Не по учебнику: открыта первая планета с орбитой под 90 градусов
Не по учебнику: открыта первая планета с орбитой под 90 градусов

Астрономы обнаружили необычную планету, котора...

Планета-загадка: что скрывает раскаленный двойник Земли
Планета-загадка: что скрывает раскаленный двойник Земли

Ученые из Юго-Западного исследовательског...

Космический фильтр: почему Земля недополучает углеродистые метеориты
Космический фильтр: почему Земля недополучает углеродистые метеориты

Международная группа ученых, возможно, нашла о...

Мусорный пояс Земли: назрело время уборки
Мусорный пояс Земли: назрело время уборки

Пол Костек, старший член IEEE и системный...

Космический маяк: астрономы застали черную дыру за необычной работой
Космический маяк: астрономы застали черную дыру за необычной работой

В центре большинства галактик скрываются сверх...

Нижегородские ученые пытаются поймать темную материю
Нижегородские ученые пытаются поймать темную материю

Темная материя — загадка Вселенной....

Субнептуны: как планеты выживают в огненном кольце звезд
Субнептуны: как планеты выживают в огненном кольце звезд

Ученые из Университета штата Пенсильвания...

Часы из космоса: что тикает в созвездии Большой Медведицы
Часы из космоса: что тикает в созвездии Большой Медведицы

Международная группа астрономов, включая учено...

Звездный детектив: кто выжил в кипящей Вселенной
Звездный детектив: кто выжил в кипящей Вселенной

Группа ученых из Мичиганского университет...

Тепловые карты Луны покажут, что скрывают темные кратеры в тени
Тепловые карты Луны покажут, что скрывают темные кратеры в тени

26 февраля тепловизионная камера, созданная уч...

Марсианские окаменелости: что скрывает Красная планета
Марсианские окаменелости: что скрывает Красная планета

Четыре миллиарда лет назад на Земле ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые нашли связь между перестройками в ДНК и маскировкой у палочников
Ученые нашли связь между перестройками в ДНК и маскировкой у палочников
ИМТ против качков: спортсменам не подходят общие нормы
ИМТ против качков: спортсменам не подходят общие нормы
Когда папе грустно: как депрессия отца меняет детей
Когда папе грустно: как депрессия отца меняет детей
24,6% КПД и 3000 сгибаний: что еще показали испытания гибких солнечных элементов
24,6% КПД и 3000 сгибаний: что еще показали испытания гибких солнечных элементов
Ученые нашли связь между океаном и экстремальными дождями в Китае
Ученые нашли связь между океаном и экстремальными дождями в Китае
Как Counterfactual SMOTE улучшает диагностику редких заболеваний
Как Counterfactual SMOTE улучшает диагностику редких заболеваний
NatComm: Электроны в антиферромагнетиках ведут себя не по правилам
NatComm: Электроны в антиферромагнетиках ведут себя не по правилам
Шоколадный тест: как социальный статус меняет наше пищевое поведение
Шоколадный тест: как социальный статус меняет наше пищевое поведение
Sensors: Радары спасают китов от столкновений с лодками
Sensors: Радары спасают китов от столкновений с лодками
Почему одни пары работают как часы, а другие — как разбитый будильник
Почему одни пары работают как часы, а другие — как разбитый будильник
Нож не нужен: простой тест спасает от инсульта без операции
Нож не нужен: простой тест спасает от инсульта без операции
Генетика против статистики: новый алгоритм спасает тех, кого пропускают врачи
Генетика против статистики: новый алгоритм спасает тех, кого пропускают врачи
Кипяток из недр: зачем химики изучают байкальские термы
Кипяток из недр: зачем химики изучают байкальские термы
Сезон отстрела: как доступность ружей повышает кривую насилия
Сезон отстрела: как доступность ружей повышает кривую насилия
Космизм в кедах: как идеи Циолковского проросли в современный дизайн
Космизм в кедах: как идеи Циолковского проросли в современный дизайн

Новости компаний, релизы

Оперировать в VR: студенты придумали симулятор для хирургов
Без готовых рецептов: эксперты — о том, как работать с молодежью
Космический рывок: что скрывает новый нацпроект
Без руля и водителя: как беспилотные фуры завоевывают дороги
От лесов до памятников: как дроны меняют жизнь края