Блискавки на Землі можуть впливати на погоду в космосі

У природі все пов’язано. Але чи замислювалися ви коли-небудь про те, як блискавки в нашій атмосфері можуть вплинути на погоду в космосі?

Досліджуючи цей зв’язок, команда дослідників з Університету Колорадо в Боулдері виявила новий зв’язок між погодою на Землі та погодою в космосі. Хвильовий ефект ударів блискавки в космосі

Погода тут, на Землі, призводить не лише до чудового сонячного світла чи холодного снігопаду. Його далекосяжні наслідки поширюються далеко за межі нашого блакитного неба, аж до космосу навколо нашої планети. Група дослідників з Університету Колорадо в Боулдері виявила суттєвий зв’язок між земними та позаземними погодними умовами завдяки нашому спільному другу – блискавці.

Вивільнення надгарячих електронів

Коли блискавка б’є, це не тільки світло і грім. Згідно з командою Боулдера, своєрідна електронна злива починається у внутрішньому радіаційному поясі, області навколо Землі, де багато заряджених частинок. Але що такого особливого в цій зливі? Це не звичайні електрони – вони дуже гарячі.

«Ці частинки страшні, або те, що деякі люди називають «електронами-вбивцями», — пояснює Макс Фейнланд, провідний автор цього дослідження.

Фейнланд, випускник аерокосмічної інженерії CU Boulder, попереджає про небезпеку, яку становлять ці електрони. «Вони можуть проникати в метал на супутниках, вражати друковані плати і можуть бути канцерогенними, якщо вони влучають у людину в космосі».

Дослідження радіаційних поясів

Лорен Блум, співавтор і доцент Лабораторії атмосферної та космічної фізики (LASP) університету в Боулдері, детально розповіла про радіаційні пояси, які створюються магнітним полем Землі.  Блум пояснив, що два з цих регіонів оточують нашу планету: хоча вони багато рухаються з часом, внутрішній пояс, як правило, починається на висоті понад 600 миль над поверхнею. 

Ці радіаційні пояси функціонують як бар’єр між атмосферою Землі та рештою Сонячної системи, затримуючи заряджені частинки від Сонця. Але радіаційні пояси не є повністю непроникними. Електрони високої енергії, як виявилося, можуть падати на нашу планету із зовнішнього радіаційного поясу, і подібне явище відбувається і з внутрішнього поясу.

Блискавка і погода в космосі

Вам може бути цікаво, яке відношення все це має до блискавки? Виявляється, що енергія блискавки на Землі може поширювати радіохвилі вглиб космосу. Коли ці хвилі стикаються з електронами в радіаційних поясах, вони можуть виштовхнути їх, викликаючи явище, яке називається «випадіння електронів, спричинене блискавкою». Цей процес може вплинути на хімічний склад земної атмосфери.

Високоенергетичні електрони у внутрішньому поясі

Під час конвертації даних супутника NASA SAMPEX, який зараз вийшов з експлуатації, Фейнланд помітив згустки високоенергетичних електронів у внутрішньому радіаційному поясі. Це спостереження суперечило загальноприйнятій думці про те, що у внутрішньому поясі взагалі немає електронів з високими енергіями.

Змушений провести подальше дослідження, Фейнланд порівняв ці електронні сплески із записами про удари блискавок у Північній Америці за десятиліття (1996-2006). Результати були вражаючими: сплески електронів відбувалися протягом секунди після удару земної блискавки.

Космічна погода після удару блискавки

Теорія команди припускає, що після удару блискавки радіохвилі Землі починають міжзоряну гру в пінбол з електронами у внутрішньому поясі. Потім ці електрони починають стрибати між північною та південною півкулями Землі з блискавичною швидкістю (без каламбуру!) – приблизно 0,2 секунди. Цей відскок вибиває деякі електрони з пояса в нашу атмосферу.

«У вас є велика згусток електронів, який відскакує, а потім повертається і знову відскакує», — пояснив Блум. Ці події можуть відбуватися переважно в періоди високої сонячної активності, що поповнює внутрішній пояс високоенергетичними електронами.

Нові межі космічної погоди

Дослідження впливу блискавки на космічну погоду знаменує новий рубіж у науках про атмосферу та космос. Оскільки дослідники продовжують розкривати більше про цей інтригуючий взаємозв’язок, все більше уваги приділяється використанню передових супутникових технологій і обчислювальних моделей для більш точного прогнозування подій космічної погоди.

Розуміння механізмів випадання електронів, спричинених блискавкою, потенційно може призвести до вдосконалення захисних заходів для космічних кораблів і астронавтів, захищаючи людські зусилля під час подальшого просування в космос.

Співпраця між земною метеорологією та космічною наукою забезпечує більш інтегрований підхід до вивчення нашого планетарного середовища, надаючи ідеї, які можуть підвищити стійкість нашої космічної інфраструктури.

Майбутні місії та дизайн супутника

Виявлення явищ електронів високої енергії, пов’язаних із блискавкою, має значне значення для проектування та експлуатації супутників. Оскільки ці «електрони-вбивці» можуть пробити екран супутника та завдати серйозної шкоди, аерокосмічна промисловість повинна приділити пріоритет розробці більш міцних матеріалів та інженерних рішень, які можуть протистояти таким загрозам.

Майбутні космічні місії також можуть виграти від збільшення уваги до моніторингу активності блискавок і відповідних коливань електронів, використовуючи ці дані як частину оцінки ризиків і планування місії.

Оскільки ми вирушаємо в майбутнє, де космічні подорожі стають все більш рутинною справою, адаптація до цих нових викликів буде важливою для забезпечення безпеки та тривалості наших дослідницьких і комерційних підприємств за межами атмосфери Землі.

Майбутні наслідки дослідження

Це дослідження не тільки інтригуюче, але й має значні наслідки для майбутнього. Покращене розуміння та здатність передбачати ці явища може допомогти уникнути небезпек, пов’язаних із радіацією, для людей та електронних пристроїв у космосі.

Фейнланд, на якого глибоко вплинула можливість взяти участь у таких дослідженнях, сподівається, що їхні висновки можуть спонукати всіх нас переглянути, наскільки ми недооцінюємо взаємозв’язок речей у цьому Всесвіті.

Отже, наступного разу, коли ви спостерігатимете за грозою, згадайте надгарячі електрони, які танцюють у космосі. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.