Badacze z Uniwersytetu Alaska Fairbanks, Vikas Sonwalkar i Amani Reddy, odkryli nowy typ fali elektromagnetycznej zwany „świstkiem odbitym zwierciadlanie”, która skutecznie przenosi energię pioruna z powierzchni Ziemi do magnetosfery, pogłębiając wiedzę na temat wpływu pogody kosmicznej na pasy radiacyjne.
Dwóch naukowców z Uniwersytetu Alaski w Fairbanks zidentyfikowało nowy typ „gwizdka” – fali elektromagnetycznej, która przenosi znaczną energię pioruna do ziemskiej magnetosfery.
Badanie zostało opublikowane w Postęp nauki.
Vikas Sonwalkar, emerytowany profesor i Amani Reddy, adiunkt, odkryli nowy typ fali. Fala przenosi energię pioruna, która przedostaje się do jonosfery na niskich szerokościach geograficznych, do magnetosfery. Energia jest odbijana w górę przez dolną granicę jonosfery, na wysokości około 55 mil, na przeciwnej półkuli.
Autorzy piszą wcześniej sądzono, że energia pioruna wpadająca do jonosfery na niskich szerokościach geograficznych pozostaje uwięziona w jonosferze i dlatego nie dociera do pasów radiacyjnych. Pasy to dwie warstwy naładowanych cząstek otaczających planetę i utrzymywanych w miejscu przez ziemskie pole magnetyczne.
Znaczenie zrozumienia pasów radiacyjnych
„Jako społeczeństwo jesteśmy uzależnieni od technologii kosmicznej” – powiedział Sonwalkar. „Nowoczesne systemy komunikacji i nawigacji, satelity i statki kosmiczne z astronautami na pokładzie napotykają szkodliwe cząstki energetyczne pasów radiacyjnych, które mogą uszkodzić elektronikę i powodować raka.
„Lepsze zrozumienie pasów radiacyjnych i różnorodności fal elektromagnetycznych, w tym tych pochodzących z wyładowań atmosferycznych, które na nie oddziałują, jest niezbędne dla działań człowieka w przestrzeni kosmicznej” – powiedział.
Odkrycie Sonwalkara i Reddy’ego to rodzaj fali gwizdka, którą nazywają „gwizdkiem odbitym lustrzanie”. Gwizdki wydają gwiżdżący dźwięk, gdy są odtwarzane przez głośnik.
Energia pioruna wnikająca do jonosfery na wyższych szerokościach geograficznych dociera do magnetosfery jako inny typ gwizdka, zwany gwizdkiem odbitym magnetosferycznie, który podlega jednemu lub większej liczbie odbić w magnetosferze.
Jonosfera to warstwa górnej atmosfery Ziemi, charakteryzująca się wysokim stężeniem jonów i wolnych elektronów. Jest jonizowany przez promieniowanie słoneczne i promienie kosmiczne, dzięki czemu przewodzi i ma kluczowe znaczenie dla komunikacji radiowej, ponieważ odbija i modyfikuje fale radiowe.
Ziemska magnetosfera to obszar przestrzeni otaczający planetę i utworzony przez ziemskie pole magnetyczne. Zapewnia barierę ochronną, która zapobiega przedostawaniu się większości cząstek wiatru słonecznego do atmosfery i szkodzeniu życiu i technologii.
Badania Sonwalkara i Reddy’ego pokazują, że oba typy gwizdków – gwizdki odbite lustrzanie i gwizdki odbite magnetosferycznie – współistnieją w magnetosferze.
Metodologia badań i wyniki
W swoich badaniach autorzy wykorzystali osocze dane falowe z NASAVan Allen Probes, które wystrzelono w 2012 r. i działały do 2019 r., oraz dane dotyczące wyładowań atmosferycznych z sieci World Wide Lightning Detection Network.
Opracowali model propagacji fal, który, biorąc pod uwagę odbicia lustrzane, wykazał podwojenie energii pioruna docierającej do magnetosfery.
Przegląd danych dotyczących fal plazmowych z sond Van Allena wykazał, że odbicia lustrzane są powszechnym zjawiskiem magnetosferycznym.
Większość wyładowań atmosferycznych występuje na niskich szerokościach geograficznych, które są regionami tropikalnymi i subtropikalnymi podatnymi na rozwój burz.
„To oznacza, że gwizdki odbite lustrzanie prawdopodobnie przenoszą do magnetosfery większą część energii błyskawicy w porównaniu z tą przenoszoną przez gwizdki odbite magnetosferycznie” – powiedział Sonwalkar.
Wpływ fal gwizdka generowanych przez błyskawice na fizykę pasów radiacyjnych i ich wykorzystanie w teledetekcji plazmy magnetosferycznej bada się od lat pięćdziesiątych XX wieku.
Odniesienie: „Gwizdek odbity lustrzanie: kanał o niskiej szerokości geograficznej do sprzęgania energii błyskawicy z magnetosferą”, Vikas S. Sonwalkar i Amani Reddy, 16 sierpnia 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.ado2657
Sonwalkar i Reddy pracują na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej w Wyższej Szkole Inżynierii i Kopalń UAF. Reddy jest również powiązany z Instytutem Geofizycznym UAF.
Badania Sonwalkara i Reddy’ego są wspierane przez granty od Narodowej Fundacji Nauki i NASA EPSCoR, ustanowionego programu stymulującego konkurencyjne badania.
