전자는 어떻게 빛의 속도에 거의 도달합니까?

새로운 연구에 따르면 공간에 플라즈마가없는 자기권의 매우 특수한 조건에서 전자가 초 상대성 에너지에 도달 할 수 있습니다.

NASA의 Van Allen Probes 위성의 최근 측정에 따르면 전자는 빛의 속도에 가까운 속도로 날아가는 초 상대성 에너지에 도달 할 수 있습니다.

독일 지구과학 연구 센터의 직원들은 그러한 강력한 가속이 어떤 조건에서 발생하는지 알아 냈습니다. 2020 년에 그들은 이미 태양 폭풍 동안 플라즈마 파가 이것에 중요한 역할을한다는 것을 증명했습니다. 그러나 모든 태양 폭풍에서 왜 그러한 높은 전자 에너지가 달성되지 않는지는 이전에 불분명했습니다. 과학자들은 Science Advances에서 백그라운드 플라즈마 밀도를 극적으로 낮추는 것이 중요하다는 것을 보여줍니다.

우주의 초 상대 론적 전자

초 상대 론적 에너지에서 전자는 거의 빛의 속도로 움직입니다. 그러면 상대성 법칙이 가장 중요해집니다.

입자 질량은 10 배 증가하고 시간은 느려지고 거리는 감소합니다. 이러한 높은 에너지에서 하전 입자는 가장 보호 된 위성조차도 가장 위험합니다.

보호 장치가 거의 없기 때문에 충전이 민감한 전자 장치를 파괴 할 수 있습니다. 따라서, 예를 들어 GFZ에서 실시되는 우주 기상 관측의 일부로 발생을 예측하는 것은 현대 인프라에 매우 중요합니다.

전자의 엄청난 가속에 대한 조건을 조사하기 위해 과학자들은 NASA의 우주국이 2012 년에 시작한 Van Allen Probes 이중 임무의 데이터를 사용했습니다. 목표는 방사선 벨트에서 세부적인 측정을하는 것이 었습니다.

이것은 지구를 둘러싸는 소위 Van Allen Belt입니다. 여기에서 나머지 공간에서와 같이 양전하를 띤 입자와 음전하를 띤 입자의 혼합물이 소위 플라즈마를 형성합니다. 플라즈마 파는 태양 폭풍에 의해 생성 된 전기장 및 자기장의 변동으로 이해 될 수 있습니다. 그것들은 전자의 가속 뒤에 중요한 원동력입니다.

임무 중 초 상대 론적 전자를 생성하는 태양 폭풍과이 효과가없는 폭풍이 모두 관찰되었습니다. 배경 플라즈마의 밀도는 강력한 가속을위한 결정적인 요소로 밝혀졌습니다. 초 상대 론적 에너지를 가진 전자는 플라즈마 밀도가 입방 센티미터 당 약 10 개의 입자로 매우 낮은 값으로 떨어졌을 때만 나타 났으며이 밀도는 일반적으로 5 ~ 10 배입니다. 더 높은.

이러한 극심한 플라즈마 고갈을 포함하는 수치 모델을 사용하여 저자는 저밀도 기간이 초기 수십만에서 7 백만 전자 볼트에 이르는 전자 가속에 유리한 조건을 생성한다는 것을 보여주었습니다.

Van Allen 프로브의 데이터를 분석하기 위해 연구원들은 GEO.X 네트워크에서 자금을 지원하는 기계 학습 방법을 사용했습니다. 그들은 저자가 측정 된 전기장 및 자기장의 변동으로부터 총 플라즈마 밀도를 결정할 수있게했습니다.

플라즈마는 중요합니다

“이 연구는 플라즈마 환경의 조건 (플라즈마 파와 일시적으로 낮은 플라즈마 밀도)이 정확하면 지구 복사 벨트의 전자가 국소 적으로 초 상대성 에너지로 빠르게 가속 될 수 있음을 보여줍니다. 플라즈마 밀도가 극도로 낮은 영역에서 입자는 플라즈마 파에서 나오는 많은 에너지. 유사한 메커니즘이 목성이나 토성과 같은 외부 행성의 자기권과 다른 천체 물리학 적 물체에서 작동 할 수 있다고 포츠담 대학의 교수 인 Yuri Shprits는 말합니다.

따라서 이러한 극한 에너지를 달성하기 위해 오래 전부터 자기권의 외부 영역에서 벨트까지, 그리고 내부로 2 단계 가속 프로세스가 필요하지 않습니다. 이것은 또한 작년에 우리의 연구 결과를 확인시켜줍니다.