Rugalmas ütközés: egy lehetséges magyarázat az űrben száguldó nagyenergiájú elektronokra
Az INDEX tudományos rovatában jelent meg a hír „Elektronok száguldanak az űrben, a NASA sem érti”. A cikk beszámol róla, hogy „a Föld mágneses mezején túli régióban a NASA tudósai közel fénysebességgel száguldozó elektronokat észleltek, és senki sem tudja, hogy miért vannak ott. A fizikusok most próbálják kitalálni, hogy milyen erők gyorsíthatják az elektronokat ilyen rendkívüli sebességre.”
David Sibeckre, a Goddard Űrközpont munkatársára hivatkozva írják, hogy olyan helyen láttak nagy energiájú elektronokat, ahol nem kellene lenniük, és semmilyen modell nem passzol rájuk. Alapvető hiányosságok lehetnek a tudásunkban.
A nagysebességű elektronokat a THEMIS űrmisszióban észlelték. Ebben a programban öt műholdat küldtek Föld körüli pályára, hogy megfigyeljék a védelmező mágneses mező működését
Idézzük tovább a hírt:
„Elsősorban azt szerették volna megérteni, hogy mi váltja ki a geomágneses viharokat, amelyek megzavarhatják a földi kommunikációs rendszereket, de amikor belekezdtek a vizsgálatokba, csak újabb kérdések merültek fel.
A Napból folyamatosan áramlanak a Föld felé a nagy energiájú elektronok, de a mágneses pajzs megvéd minket a káros hatásuktól. Amikor az elektronok elérik a magnetoszféra legkülső peremét, a mágneses mező lelassítja őket, és a legtöbbjük elterelődik az űr felé. Néhány azonban egyenesen visszaverődik a Nap felé, és nagy energiájú, szupergyors elektronok köteléke jön létre.
A fizikusok évtizedeken át úgy gondolták, hogy a peremen oda-vissza cikázva nyerik az energiájukat, ettől gyorsulnak fel a fénysebesség közelébe. Csakhogy a THEMIS megfigyelései alapján máshol szerzik az energiájukat, és a tudósok egyelőre nem tudják megmagyarázni, hogy ez miként történhet meg. Nagyon úgy néz ki, hogy ezek az elektronok el sem érik a peremet.
Az egyik kutató, Lynn Wilson azt javasolta, hogy a gyorsulás okát ne a nagy űrbéli régiókban keressék, szerinte valami nagyságrendekkel kisebb méretű dolog lesz a magyarázat.”
Eddig szól a cikk, ami bennem is elindította a kíváncsiságot, hogy milyen fizikai kölcsönhatás rejlik a jelenség mögött.
Az ózonpajzs szerepe
Földünket a kozmikus sugárzás veszélyeitől nem csak a geomágneses mezők védik, hanem az ózonpajzs is. Ezért keltett riadalmat az a felismerés, hogy a vékonyodik az ózonpajzs, különösen az Antarktisz felett, ahol nagyméretű lyuk alakult ki és jelentősen megnövelte az űrből érkező káros sugárzás intenzitását. Azóta javul a helyzet, amiben szerepet játszik a CFC-gázok, a halogénezett szénhidrogének gyártásának és alkalmazásának visszaszorítása is.
Rugalmas ütközés az ionizált ózonmolekulákkal
De felmerült bennem a kérdés, hogy az ionizált ózonmolekulák nem okozhatják-e az elektronok nagymértékű felgyorsítását?
Induljunk ki a rugalmas ütközés fizikai törvényéből! Ha két golyó rugalmasan ütközik, akkor átadhatják egymásnak impulzusukat, ami a tömeg és a sebesség szorzata.
Nézzük először a sebességeket. A Föld keringési sebessége 30 km másodpercenként, ez éppen 10 000-szer lassabb a fénysebességnél. Ez azt jelenti, hogy a Föld sztratoszférájában levő ózonmolekulák is ekkora sebességgel mozognak. Ha most egy elektron rugalmasan ütközik a negatív töltésű ionizált ózonmolekulával, akkor az impulzus cserénél az elektron tömegét kell viszonyítani az ózonmolekulához. Az ózon molekulasúlya 3x16 = 48, az elektron tömege pedig 1836-szor könnyebb a hidrogén atommagnál, emiatt a két tömeg aránya 48x1836 = 88 128. Tehát egy veszteség nélküli ütközésben bőven elegendő az impulzus, hogy az elektron fénysebességhez közeli sebességre tegyen szert. Az elektronok gyorsulása fénykibocsátással is jár, nincs kizárva, hogy akár az északi fényhez is ad járulékot.
Természetesen lehet, hogy a kutatók más következtetésre jutnak, mert nem ott nyernek energiát az elektronok, ahol az ózonkoncentráció elég nagy. Javaslatom csak egy lehetőség, hogy itt is lehet keresni a magyarázatot.
A blog további írásait foglalja össze a linkekkel együtt a „Paradigmaváltás a fizikában” című bejegyzés.
