أخيرًا أوضح الجسيمات التي تدور حول الأرض بسرعة تقترب من سرعة الضوء

بالعربي/ الإلكترونات محاصرة في حلقة لا نهاية لها حول الكوكب.

في دوامة العاصفة الشمسية المثالية ، يمكن أن تعلق الإلكترونات بالقرب من الأرض ، حيث يمكن أن تتسارع إلى ما يقرب من سرعة الضوء. 

تحصل هذه الإلكترونات على ضغطها من الأمواج على موجات من الغاز المشحون شديد الحرارة يسمى البلازما التي تنطلق من الشمس أثناء العواصف الشمسية. تتسارع إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء ، على الرغم من ذلك ، فقط عندما تكون كثافة البلازما منخفضة ، وفقًا لدراسة جديدة قادها باحثون من مركز جي إف زد الألماني لعلوم الأرض في بوتسدام. 

النتائج مهمة لأن الإلكترونات التي تنتقل بسرعة كبيرة تشكل خطورة خاصة على الأقمار الصناعية وغيرها من المعدات الإلكترونية. يمكنهم اختراق الدرع الذي يحمي الأقمار الصناعية من الجسيمات المشحونة الأخرى في العواصف الشمسية ، مما يؤدي إلى إتلاف المكونات الحساسة. 

تحدث هذه الظاهرة في حزامي إشعاع فان ألين ، وهما عبارة عن حلقات من الجسيمات المشحونة محاصرة في شكل دائري حول الأرض. الأحزمة ، التي تمتد من حوالي 400 ميل إلى أكثر من 36000 ميل (640 إلى 58000 كيلومتر) فوق سطح الأرض ، تحمي كوكبنا من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس. لكنهم يتفاعلون أيضًا مع العواصف الشمسية بطرق غير مفهومة تمامًا. في عام 2012 ، أطلقت ناسا مسبارين من طراز Van Allen لإجراء قياسات في هذه المنطقة الغامضة من الفضاء القريب. كشفت المجسات عن إلكترونات عند “طاقات نسبية فائقة” – بعبارة أخرى ، تتحرك بالقرب من سرعة الضوء. 

لم يكن الباحثون متأكدين من الكيفية التي أصبحت بها الإلكترونات نشطة للغاية ؛ اعتقد البعض أن الإلكترونات يجب أن تتسارع على مرحلتين ، أولاً في رحلة من خارج الروافد الخارجية للأحزمة ثم مرة أخرى في أعماقها. لكن البيانات الجديدة من مجسات Van Allen وجدت أنه ليست هناك حاجة إلى مرحلتين. بدلاً من ذلك ، فإن سرعة الإلكترونات لها علاقة بكثافة مستويات البلازما في الخلفية أثناء العاصفة الشمسية. المحتوى ذو الصلة

“تُظهر هذه الدراسة أن الإلكترونات الموجودة في حزام إشعاع الأرض يمكن تسريعها محليًا على الفور إلى طاقات نسبية فائقة ، إذا كانت ظروف بيئة البلازما – موجات البلازما وكثافة البلازما المنخفضة مؤقتًا – صحيحة ،” قال عالم فيزياء الفضاء في جي إف زد بوتسدام في بيان .

عادة ، قد تتراوح كثافة البلازما داخل أحزمة Van Allen بين 50 و 100 جسيم لكل سنتيمتر مكعب. ولكن عندما تنخفض الكثافة إلى أقل من 10 جسيمات لكل سنتيمتر مكعب ، يمكن للإلكترونات استخلاص الطاقة من الموجات الكهرومغناطيسية المعروفة باسم “موجات الكورس” ، مما يعزز طاقتها الحركية من بضع مئات الآلاف من الإلكترون فولت إلى 7 ملايين إلكترون فولت. (للمقارنة ، المسرع الخطي المستخدم حتى عام 2020 في CERN يسرع البروتونات حتى 50 مليون إلكترون فولت .) اشتبه الباحثون بالفعل في أن موجات الجوقة قد تكون السبب في تسريع الإلكترونات ، لكنهم لم يدركوا سابقًا أن هذا يمكن أن يحدث فقط عند البلازما. كانت الكثافة منخفضة جدًا. يبدو أن الكثافة المنخفضة تسمح بنقل أكثر كفاءة للطاقة من الأمواج إلى الإلكترونات.

وكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة في 29 يناير / كانون الثاني في دورية Science Advances هذه لا تحدث في كثير من الأحيان . وأضافوا أنه في عام 2015 ، عندما تم إجراء الملاحظات ، ظهرت الظروف المناسبة فقط “حفنة” من المرات. كتب الباحثون أن هذه الظروف القاسية قد يكون لها علاقة بالحمل الحراري المطول في أحزمة فان ألين ، وهو عندما ترتفع درجة حرارة مادة أخف وزنا وأكثر كثافة ، وتغرق المادة الأكثر برودة ، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لمعرفة سبب وجود البلازما. أحيانًا يخفف كثيرًا. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com