Zgodnie z artykułem opublikowanym w czasopiśmie Nature, strumienie elektronów w pasach promieniowania Ziemi powstają w wyniku interakcji promieni kosmicznych z atomami w górnych warstwach atmosfery planety, „wytrącając” z nich neutrony.
„Po raz pierwszy byliśmy w stanie wykryć tworzenie się tych wysokoenergetycznych elektronów na wewnętrznej krawędzi pasów Van Allena. Udało nam się rozwiązać zagadkę, nad którą fizycy zastanawiali się przez prawie sześć dekad”- powiedział Xinlin Li z University of Colorado w Boulder (USA).
Ziemia, w przeciwieństwie do Wenus i wielu innych planet Układu Słonecznego, posiada własne pole magnetyczne, które jest generowane w wyniku ruchu płynnych przepływów metalu w jej jądrze. To pole magnetyczne działa jak rodzaj „tarczy”, która odbija promienie kosmiczne, wysokoenergetyczne cząsteczki i chroni Ziemię przed wiatrem słonecznym i koronalnymi wyrzutami masy na Słońce.
Śladami jego istnienia są tzw. Pasy van Allena - dwa obszary na wysokości około 6 i 60 tysięcy kilometrów od powierzchni Ziemi, na których znajduje się duża liczba wysokoenergetycznych protonów i elektronów, „wychwyconych” przez pole magnetyczne Ziemi i poruszających się w swego rodzaju pułapce magnetycznej. Ich interakcja z atmosferą generuje piękne zorze, a podczas rozbłysków słonecznych prowadzi do zakłóceń radiowych i innych problemów technicznych.
Jedną z głównych tajemnic pasów Van Allena od ich odkrycia w 1958 r. Jest to, skąd pochodzą wysokoenergetyczne elektrony i protony, które zamieszkują tarczę radiacyjną Ziemi i generują rozbłyski na biegunach planety. Jak zauważa Lee, naukowcy od dawna podejrzewali, że ich źródłem są promienie kosmiczne zderzające się z atomami w atmosferze, ale nie mieli na to jednoznacznych dowodów.
Dodatkowym problemem jest to, że promienie kosmiczne, generowane przez wybuchy supernowych i aktywność pulsarów, „bombardują” Ziemię w przybliżeniu z tą samą częstotliwością, podczas gdy liczba i właściwości elektronów w pasach Van Allena mogą zmieniać się dramatycznie w bardzo szybkim tempie. To sprawia, że wielu badaczy wątpi, że elektrony te powstają w wyniku rozpadów neutronów, które promienie kosmiczne „wybijają” z atomów azotu i tlenu.
Aby przetestować te pomysły, Lee i jego studenci zmontowali mikrosatelitę CSSWE, wyposażoną w miniaturowe odpowiedniki detektorów elektronów i protonów, które zostały opracowane na Uniwersytecie Kolorado dla sond RBSP uruchomionych przez NASA w sierpniu 2012 roku w celu zbadania struktury pasów Van Allena.
Satelita ten został wystrzelony na niższą orbitę i badał nie wewnętrzne warstwy pasów Van Allena, ale dolną krawędź jego pierwszej części, gdzie, jak sugerowali naukowcy, elektrony i protony powinny się rodzić podczas zderzeń cząsteczek gazu i „gości z kosmosu”.
Film promocyjny:
Takie zderzenia, jak wyjaśniają naukowcy, powinny prowadzić do produkcji protonów i elektronów w bardzo wąskich zakresach energii, aby można było łatwo obliczyć i oszacować, jak często promienie kosmiczne zderzają się z atomami atmosfery, oraz zrozumieć, jaką rolę odgrywają w wypełnianiu pasów Van Allena. i jak się tam dostali.
Jak wykazały te pomiary, takie elektrony rzeczywiście powstają w dużych ilościach na wysokości w przybliżeniu równej promieniowi Ziemi, a tempo ich powstawania i ich właściwości pozostawały stałe we wszystkich regionach i na wszystkich wysokościach. To przemawia za faktem, że są one faktycznie generowane przez promienie kosmiczne.
Co więcej, świadczy o tym liczba elektronów zarejestrowanych przez CSSWE - ich liczba, jak zauważają naukowcy, prawie idealnie odpowiada liczbie neutronów, które powinny generować promienie kosmiczne. Wszystko to zatem świadczy o tym, że prawie wszystkie elektrony uczestniczące w narodzinach zórz polarnych mają prawdziwie „kosmiczne” pochodzenie.