يمكن أن تتسارع الإلكترونات إلى ما يقرب من سرعة الضوء لأنها تتفاعل مع الغلاف المغناطيسي للأرض

تخدم الإلكترونات أغراضًا عديدة في الفيزياء. يتم استخدامها بواسطة بعض مسرعات الجسيمات وهي تدعم عالمنا الحديث في رقائق السيليكون التي تشغل أجهزة الكمبيوتر في العالم. كما أنها منتشرة في الفضاء ، حيث يمكن رؤيتها أحيانًا تطفو في بلازما في الأغلفة المغناطيسية للكواكب. الآن ، فريق من مركز الأبحاث الألماني لعلوم الأرض ( GFZ ) بقيادة د هايلي أليسون و يوري shprits اكتشفوا أن تلك الإلكترونات الموجودة في الغلاف المغناطيسي يمكن تسريعها إلى سرعات نسبية ، ويمكن أن يكون ذلك خطيرًا على بنيتنا التحتية المدارية المتزايدة.

أجرى الفريق تحليلهم باستخدام بيانات من مسابر فان ألين ، زوج من الأقمار الصناعية التي تقيس الأقمار الصناعية حزام إشعاع فان ألين ، وهي منطقة من الجسيمات المشحونة النشطة التي تسببها الرياح الشمسية. توجد أحزمة الإشعاع هذه على أي كوكب به غلاف مغناطيسي ، على الرغم من أن الأرض الأكثر شيوعًا هي الأرض. على الرغم من إيقاف تشغيل المجسات في عام 2019 ، لا تزال بياناتها متاحة للاستخدام في الدراسات العلمية. يمكن الآن استخدام تقنيات التعلم الآلي الجديدة ، بما في ذلك تلك المستخدمة من قبل فريق GFZ ، للتأثير على بيانات المسابير أيضًا.

فيديو يوتا يناقش فكرة الغلاف المغناطيسي الصناعي.

أحد الأشياء التي درستها تحقيقات Van Allen هو بلازما خلقت في الأحزمة الإشعاعية. وجد فريق GFZ أن الإلكترونات لن تصل إلى سرعات نسبية إلا عندما تكون هناك مستويات منخفضة جدًا من البلازما. بعد مراقبة هذا ، طور الفريق نموذجًا باستخدام المستويات المنخفضة من البلازما التي تظهر في البيانات ووجدوا أن وجود مثل هذه الكثافة المنخفضة من البلازما يخلق ظروفًا مثالية تقريبًا لتسريع الإلكترون.

في عالم الإلكترونات ، يمكن للبلازما أن تتصرف قليلاً مثل الماء - قوة مثبطة يصعب دفع الإلكترون خلالها. بدون البلازما ، يمكن للغلاف المغناطيسي أن يستمر في ممارسة قوة على الإلكترون والتي ستستمر في تسريعها حتى سرعات قريبة من النسبية.

يولد المجال المغناطيسي والتيارات الكهربائية في الأرض وحولها قوى معقدة لها تأثير لا يُحصى على الحياة اليومية.
الائتمان: ESA / ATG medialab

هذا مهم إلى حد كبير بسبب التهديد الذي يمكن أن تشكله هذه الإلكترونات النسبية للأقمار الصناعية وغيرها البنية التحتية المدارية . في مثل هذه السرعات العالية ، لا يمكن لأي درع تقريبًا أن يوقفها ، وإذا حدث أنها اصطدمت ببعض الإلكترونيات الحيوية ، فمن المحتمل أن تشل النظام. يعرف المهندسون الذين يصممون أنظمة للفضاء الخطر المحتمل ، ويصممون الأنظمة بحيث لا توجد نقطة واحدة للفشل ، سواء أصابها إلكترون نسبي أم لا. ومع ذلك ، فإن فهم مدى احتمالية حدوث مثل هذه المشكلة يمكن أن يساعد في تحسين تصميمات أنظمتهم.

في الوقت الحالي ، هذا هو أفضل ما يمكن للعلماء والمهندسين أن يأملوا في القيام به - حساب عواقب الإلكترونات النسبية على معداتهم. على الرغم من أن المزيد من الدراسات من فريق GFZ وآخرين قد ينتج عنها تقنيات أخرى للتنبؤ أو التخفيف. لا يزال هناك الكثير من البيانات المتبقية للتحليل ، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى الإلكترونات غير النسبية.

يتعلم أكثر:
GFZ: كيف تصل الإلكترونات القريبة من الأرض إلى سرعة الضوء تقريبًا؟
خارج: كان الغلاف المغناطيسي للقمر أقوى بمرتين من الغلاف المغناطيسي للأرض
علم يوميا: كيف تصل الإلكترونات القريبة من الأرض إلى سرعة الضوء تقريبًا؟

الصورة الرئيسية:
نموذج للأحزمة الإشعاعية المحيطة بالأرض ، وكذلك مسارات للإلكترونات للوصول إلى سرعات نسبية.
الائتمان: Ingo Michaelis / Yuri Shprits ، GFZ