Войти
Электронное высыпание (также называется высыпанием энергичных электронов или EEP ) атмосферное явление, которое возникает, когда ранее захваченные электроны попадают в атмосферу Земли, создавая таким образом помехи связи и другие помехи. Электроны захватываются радиационным поясом Ван Аллена магнитными полями Земли и начинают вращаться вокруг силовых линий в радиационном поясе. Они могут оставаться там неопределенное время (в некоторых случаях - годы). Когда широкополосные волны очень низкой частоты (ОНЧ) распространяются по радиационным поясам, электроны покидают радиационный пояс и «оседают» (или перемещаются) в ионосферу (область атмосферы Земли) где электроны будут сталкиваться с ионами. Электронное осаждение обычно связывают с истощением озонового слоя. Это часто вызывается ударами молнии.
Электронный гирочастота - это количество оборотов вокруг силовой линии. ОНЧ-волны, распространяющиеся через магнитосферу, вызванные молнией или мощными передатчиками, распространяются через радиационный пояс. Когда эти ОНЧ-волны попадают на электроны с той же частотой, что и гирочастота электрона, электрон покидает радиационный пояс и «осаждается» (потому что он не сможет повторно войти в радиационный пояс) по всей атмосфере и ионосфере Земли.
Часто, когда электрон высыпается, он направляется в верхние слои атмосферы, где может столкнуться с нейтральными частицами, тем самым истощая энергию электрона. Если электрон проходит через верхние слои атмосферы, он продолжит движение в ионосферу. Группы осажденных электронов могут изменять форму и проводимость ионосферы, сталкиваясь с атомами или молекулами (обычно частицами на основе кислорода или азота) в этой области. При столкновении с атомом электрон лишает атом других своих электронов, создавая ион. Столкновения с молекулами воздуха также испускают фотоны, которые создают тусклый эффект «полярного сияния ». Поскольку это происходит на такой большой высоте, люди в самолетах не подвергаются воздействию излучения.
Процесс ионизации, вызванный высыпанием электронов в ионосфере, увеличивает ее электрическую проводимость, что, в свою очередь, приводит к возникновению нижней части ионосферы. на меньшую высоту. Когда это происходит, происходит истощение озонового слоя, и некоторые коммуникации могут быть нарушены. Понижение высоты ионосферы носит временный характер (если высыпание электронов не является устойчивым), в то время как ионы и электроны быстро реагируют с образованием нейтральных частиц.
Осаждение электронами может привести к существенной краткосрочной потере озона (ограничение составляет около 90%). Однако это явление также коррелирует с некоторым долгосрочным истощением озонового слоя. Исследования показали, что с 2002 по 2012 год произошло 60 крупных событий, связанных с выпадением электронов. Различные инструменты измерения (см. Ниже) считывают различные средние значения разрушения озона в диапазоне от 5 до 90%. Однако некоторые инструменты (особенно те, которые сообщают более низкие средние значения) не давали точных показаний или пропустили пару лет. Как правило, разрушение озона в результате выпадения электронных осадков чаще встречается в зимний период. Самое крупное событие EEP из исследований в период с 2002 по 2012 год было зарегистрировано в октябре 2003 года. Это событие вызвало разрушение озонового слоя до 92%. Это длилось 15 дней, а через пару дней озоновый слой полностью восстановился. Исследования разрушения озонового слоя EEP важны для мониторинга безопасности окружающей среды Земли и изменений в солнечном цикле.
Осадки электронов могут быть вызваны ОНЧ волнами от мощных передатчиков связи и грозами.
Вызванное молнией высыпание электронов (также называемое LEP) происходит, когда молния поражает Землю. Когда молния ударяет по земле, высвобождается электромагнитный импульс (ЭМИ), который может поразить захваченные электроны в радиационном поясе. Затем электроны вытесняются и «оседают» в атмосфере Земли. Поскольку ЭМИ, вызванное ударами молнии, очень мощное и происходит в большом диапазоне спектров, известно, что оно вызывает большее количество электронов, чем осаждение, вызванное передатчиком.
Чтобы вызвать высыпание электронов, передатчики должны генерировать очень мощные волны с длинами волн от 10 до 100 км. Морские системы связи часто вызывают вызванное передатчиком осаждение электронного излучения (TIPER), потому что для связи через воду необходимы мощные волны. Эти мощные передатчики работают практически в любое время дня. Иногда эти волны будут иметь точный курс и частоту, необходимые для того, чтобы заставить электрон выпасть из радиационного пояса.
Электронное осаждение можно изучать с использованием различных инструментов и методов для расчета его воздействия на атмосферу. Ученые используют анализ наложенных эпох для учета сильных и слабых сторон большого набора различных методов измерения. Затем они используют эти собранные данные для расчета времени, когда происходит событие EEP, и его воздействия на атмосферу.
В большинстве случаев спутниковые измерения электронных осадков фактически являются измерениями разрушения озонового слоя, которые затем связываются с событиями EEP. Различные инструменты используют самые разные методы для расчета уровней озона. Хотя некоторые из методов могут предоставлять существенно неточные данные, среднее значение всех объединенных данных широко считается точным.
Глобальный мониторинг озона по затенению звезд (GOMOS) - это измерительный прибор на борту европейского спутника Envisat. Он измеряет количество озона, используя излучаемый электромагнитный спектр окружающих звезд в сочетании с тригонометрическими вычислениями в процессе, называемом звездным затмением.
. Зондирование атмосферы с использованием широкополосной эмиссионной радиометрии (SABRE) - это метод измерительный прибор на борту спутника NASA Thermal Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED). Прибор измеряет озон (и другие атмосферные условия) с помощью инфракрасного радиометра (со спектральным диапазоном от 1,27 мкм до 17 мкм).
Microwave Limb Sounder (MLS), прибор на борту спутника Aura, измеряет микроволновое излучение от верхних слоев атмосферы Земли. Эти данные могут помочь исследователям определить уровни разрушения озона с точностью до 35%.
Протонно-электронный детектор средней энергии (MEPED) измеряет количество электронов в радиационном поясе Земли и может оценить количество выпадающих электронов в ионосфере.
При обнаружении субионосферы сигнал передается от передатчика СНЧ через радиационный пояс на приемник СНЧ на другом конец. Сигнал VLF вызовет осаждение некоторых электронов, тем самым нарушив сигнал VLF, прежде чем он достигнет приемника VLF на другом конце. Приемник VLF измеряет эти возмущения и использует данные для оценки количества выпавших электронов.
PIPER - изготовленный в Стэнфорде фотометр, специально разработанный для улавливания фотонов, испускаемых при ионизации в ионосфере. Исследователи могут использовать эти данные для обнаружения событий EEP и измерения количества выпавших электронов.
Рентгеновское оборудование может использоваться вместе с другим оборудованием для измерения осаждения электронов. Поскольку рентгеновские лучи излучаются во время столкновений электронов, рентгеновские лучи, обнаруженные в ионосфере, могут быть коррелированы с событиями EEP.
Дистанционное зондирование УНЧ - это метод наблюдения за высыпанием электронов путем мониторинга передач УНЧ ВМС США для «событий Труми» (большие изменения фазы и амплитуды волн). Хотя этот метод может контролировать высыпание электронов, он не может контролировать ионизацию указанных электронов.
Джеймс Ван Аллен из Государственного университета Айовы и его группа первыми использовали транспортные средства с датчиками для изучения потоков электронов, осаждающихся в атмосфере с камнем ракеты. Ракеты достигнут максимальной высоты 50 км. Обнаруженное мягкое излучение было позже названо в честь Ван Аллена в 1957 году.
Следующее продвижение в исследованиях электронного осаждения было выполнено Винклером и его группой из университета Миннесоты. Они использовали воздушные шары, которые переносили детекторы в атмосферу.
