Ловцы молний: как ученые поймали убегающие электроны в лаборатории
Ученые впервые поймали убегающие электроны — сверхбыстрые заряженные частицы — в лабораторной модели красных спрайтов.
Плазменная диффузная струя в трубке диаметром 9 сантиметров. Источник: Tarasenko et al. / Technical Physics Letters
В природе спрайты выглядят как гигантские светящиеся столбы высотой до 50 км. Их можно увидеть во время сильных гроз — это короткие красные вспышки, похожие на струи, которые тянутся вверх и вниз от грозовых облаков.
Раньше убегающие электроны находили только в обычных молниях (на высоте 10–15 км), но никогда — в спрайтах (50–90 км). Новое исследование объясняет, как они образуются, и поможет предсказывать их влияние на спутники и радиосвязь. Работу поддержал Российский научный фонд, а результаты опубликовали в издании «Письма в журнал технической физики».
Что происходит во время грозы
- Молнии — разряды на высоте до 15 км.
- Красные спрайты — ветвящиеся столбы на 50–90 км.
- Синие джеты — голубые струи, выстреливающие из облаков вверх.
- Эльфы — светящиеся кольца на 100 км.
Спрайты появляются, когда мощная молния бьет из облака в землю. Обратный разряд создает сильное электрическое поле, которое и формирует эти красные столбы. Они живут доли секунды и видны только ночью в ясную погоду.
Ученые из Томска сделали установку, которая имитирует условия на высоте 50–90 км. Внутри кварцевой трубки с разреженным воздухом создавали плазму, а затем — миниатюрные аналоги спрайтов.
Что обнаружили
- Убегающие электроны разгонялись на границе плазмы и опережали фронт струи.
- То же самое, вероятно, происходит в настоящих спрайтах.
Эти электроны опасны: они могут создавать рентгеновское излучение, которое долетает до спутников и мешает радиосвязи.
Наши результаты доказывают, что спрайты — это природные ускорители частиц. Теперь мы можем изучать их в лаборатории. В будущем хотим проверить, как убегающие электроны ведут себя в синих джетах и других типах спрайтов, — говорит Виктор Тарасенко, руководитель проекта, профессор Института сильноточной электроники СО РАН.
Это исследование важно по таким причинам:
- Защита спутников — рентгеновское излучение от убегающих электронов может повреждать оборудование.
- Улучшение связи — понимание механизма помех поможет снизить их влияние.
- Моделирование климата — спрайты влияют на верхние слои атмосферы, и их изучение дополнит картину глобальных процессов.
Ранее ученые предположили наличие спрайтов в атмосферах других планет Солнечной системы.
