Международная группа астрофизиков во главе с Юрием Шприцем из Массачусетского технологического института и Сколковского технологического института определила природу недавно открытого третьего радиационного пояса Земли.
Ученые показали, что во внешнее кольцо, обнаруженное в феврале 2013 года, попадают ультрарелятивистские электроны и что их движение там намного стабильнее, чем в ранее известных двух внутренних поясах.
Третий радиационный пояс вокруг Земли формируется выброшенными из двух внутренних поясов ультрарелятивистскими электронами. Эти частицы, как подчеркивают исследователи, отличаются от других электронов, представленных в околоземном пространстве. В отличие от иных частиц, представленные в третьем кольце электроны обладают большей энергией.
За счет этого они значительно слабее взаимодействуют с плазменными волнами, которые возникают в магнитосфере Земли. Изначально именно плазменные волны выбрасывают электроны в околоземное пространство на расстояния в тысячи и десятки тысяч километров (второй пояс расположен на уровне около 20 тысяч километров) и они же обеспечивают разгон частиц до скоростей, близких к скорости света. Но частицы, попадающие в третье кольцо, имеют столь высокую энергию, что уже практически не взаимодействуют с плазменными волнами и за счет этого могут достаточно долго оставаться на своих орбитах.
Знание о стабильности третьего радиационного пояса, выявленного при помощи запущенных в августе 2012 года специализированных спутников Van Allen Probes (два одинаковых аппарата) носит не только теоретический характер. Исследователи подчеркивают, что ультрарелятивистские электроны представляют серьезную угрозу для искусственных спутников Земли, так как прямое попадание электрона с энергией в несколько мегаэлектронвольт в микроэлектронные компоненты вызывает их повреждение с последующим сбоем компьютера или даже необратимым выходом чипа из строя. Во время солнечных вспышек радиационные пояса, впервые открытые американскими (Ван Аллен, на основе данных “Эксплорера-1”) и советскими (Сергей Вернов и Александр Чудаков, данные “Спутника-3”) астрофизиками в 1958 году заметно увеличиваются в размерах, а концентрация частиц в них тоже возрастает.
Релятивистскими частицами в физике называют частицы, скорость которых настолько велика, что в расчетах необходимо учитывать эффекты, описанные специальной теорией относительности (на латыни: relativitas specialis). Одним из таких эффектов является возрастание кинетической энергии частицы вплоть до бесконечности при достижении скорости света, а другой, описанный известной формулой E=mc2, заключается в эквивалентности массы и энергии: даже покоящаяся частица имеет энергию покоя, равную примерно 9*1013 джоулей на каждый грамм. Когда кинетическая энергия разогнанного до релятивистской скорости объекта становится намного больше энергии покоя, говорят об ультрарелятивистском случае.
