번개가 치면 우주에서 전자 핀볼 게임이 시작됩니다.

번개가 치면 전자가 쏟아져 내립니다.

콜로라도 볼더 대학의 한 학부생이 이끄는 연구원들은 새로운 연구에서 지구의 날씨와 우주의 날씨 사이에 새로운 연관성을 발견했습니다. 이 그룹은 위성 데이터를 사용하여 우리 행성의 번개 폭풍이 특히 고에너지 또는 "매우 뜨거운" 전자를 내부 방사선 벨트에서 떨어뜨릴 수 있다는 것을 보여주었습니다. 내부 방사선 벨트는 지구를 내부 튜브처럼 둘러싼 대전된 입자로 가득 찬 우주 영역입니다.

이 팀의 결과는 인공위성과 우주비행사가 우주에서 위험한 방사선을 피하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이것은 당신이 갇히고 싶지 않은 폭우 중 하나입니다. 주저자이자 학부생인 맥스 파인랜드가 말했습니다.

"이 입자들은 무서운 입자이거나 일부 사람들이 '킬러 전자'라고 부르는 입자입니다." 2024년 봄에 CU 볼더에서 항공우주 공학 학사 학위를 받은 파인랜드의 말입니다. "이 입자들은 위성의 금속을 관통하고, 회로 기판을 타격할 수 있으며, 우주에 있는 사람을 타격하면 발암성이 있을 수 있습니다."

해당 연구는 10월 8일 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.

이 연구 결과는 지구 자기장에 의해 생성되는 방사선대에 주목합니다. 이 논문의 공동 저자이자 CU 볼더 대기 및 우주 물리학 연구실(LASP)의 조교수인 로렌 블럼은 이 두 지역이 지구를 둘러싼다고 설명했습니다. 시간이 지남에 따라 많이 이동하지만, 안쪽 벨트는 표면에서 600마일 이상 위에서 시작하는 경향이 있습니다. 바깥쪽 벨트는 지구에서 약 12,000마일 떨어진 곳에서 시작합니다. 우주의 이 풀 플로티는 태양에서 지구로 흘러오는 대전된 입자를 가두어 지구 대기와 나머지 태양계 사이에 일종의 장벽을 형성합니다.

하지만 정확히 말해서 밀폐된 것은 아닙니다. 예를 들어 과학자들은 고에너지 전자가 바깥쪽 방사선대에서 지구로 떨어질 수 있다는 사실을 오래 전부터 알고 있었습니다. 하지만 블럼과 그녀의 동료들은 안쪽 벨트에서 오는 비슷한 비를 처음 발견했습니다.

다시 말해, 지구와 우주는 보이는 것만큼 분리되어 있지 않을 수도 있습니다.

블럼은 "우주의 날씨는 실제로 위와 아래 모두에서 결정됩니다."라고 말했습니다.

푸른색에서 볼트로

그것은 번개의 힘에 대한 증거입니다.

지구 하늘에서 번개가 번쩍일 때, 그 에너지 폭발은 또한 전파를 우주 깊은 곳으로 나선형으로 보낼 수 있습니다. 그 전파가 방사선대의 전자에 부딪히면, 그들은 그것들을 자유롭게 흔들어 놓을 수 있습니다. 우산을 흔들어 물을 떨어뜨리는 것과 비슷합니다. 어떤 경우에는 그러한 "번개 유도 전자 침전"이 지구 대기의 화학에 영향을 미칠 수도 있습니다.

지금까지 연구자들은 내부 방사선대에서 떨어지는 낮은 에너지, 즉 '차가운' 전자에 대한 직접적인 측정값만 수집했습니다.

"일반적으로 안쪽 벨트는 다소 지루하다고 생각됩니다." 블럼이 말했다. "안정적입니다. 항상 거기에 있습니다."

그녀의 팀의 새로운 발견은 거의 우연히 이루어졌습니다. 파인랜드는 NASA의 현재 폐기된 Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer(SAMPEX) 위성의 데이터를 분석하던 중 이상한 것을 보았습니다. 고에너지 전자 덩어리가 내부 벨트를 통과하는 것이었습니다.

"저는 로렌에게 제 이벤트 몇 가지를 보여줬고, 그녀는 '그게 있어야 할 곳이 아니야'라고 말했어요." 파인랜드가 말했다. "어떤 문헌에서는 내부 벨트에 고에너지 전자가 전혀 없다고 합니다."

연구팀은 더 깊이 파고들기로 결정했습니다.

전체적으로, 파인랜드는 1996년부터 2006년까지 내부 벨트에서 고에너지 전자의 급증을 45회나 세었습니다. 그는 이러한 사건을 북미의 낙뢰 기록과 비교했습니다. 물론, 전자의 급증 중 일부는 지상에서 낙뢰가 친 지 1초도 채 지나지 않아 발생한 것처럼 보였습니다.

전자핀볼

팀이 생각하는 바는 다음과 같습니다. 번개가 친 후 지구에서 온 전파가 우주에서 일종의 미친 핀볼 게임을 시작합니다. 전파는 내부 벨트의 전자와 부딪히고, 전자는 지구의 북반구와 남반구 사이를 튕기기 시작합니다. 불과 0.2초 만에 앞뒤로 이동합니다.

그리고 전자들이 반사할 때마다 일부는 벨트에서 떨어져 나와 대기로 유입됩니다.

"반사하고, 돌아와서 다시 반사하는 큰 전자 덩어리가 있습니다." 블럼이 말했습니다. "이 초기 신호를 보게 되고, 그것은 사라질 것입니다."

블럼은 그런 일이 얼마나 자주 일어나는지 확신하지 못한다. 이런 일은 주로 태양 활동이 활발한 기간에 일어날 수 있는데, 그때 태양이 많은 고에너지 전자를 뿜어내어 내부 벨트에 이런 입자를 비축하기 때문입니다.

연구자들은 이러한 현상을 더 잘 이해하여 언제 발생할지 예측하고, 궤도상의 사람과 전자기기의 안전을 보호하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

파인랜드는 이 웅장한 폭풍을 연구할 수 있는 기회에 감사하고 있습니다.

그는 "이 프로젝트를 하기 전까지는 내가 연구를 얼마나 좋아하는지 몰랐어요."라고 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241010142536.htm