Найпотужніші прискорювачі частинок Всесвіту були тут весь час
By Mark Thompson - March 14, 2026 03:57 PM UTC | Planetary Science
Розріз двох радіаційних поясів навколо Землі; внутрішній пояс (червоний) складається переважно з протонів, а зовнішній (синій) – з електронів. (Фото: JHUAPL, NASA)
Уявіть собі величезний невидимий пончик, що обгортає планету, наповнений електронами та протонами, що рухаються з надзвичайною швидкістю. Це радіаційний пояс, і якщо ваша планета має магнітне поле, достатньо сильне, щоб затримувати частинки сонячного вітру, то, швидше за все, він у неї є.
У Землі їх два, названих на честь фізика Джеймса Ван Аллена, який відкрив їх у 1958 році. Юпітер має одні з найпотужніших у Сонячній системі разом із Сатурном, Ураном та Нептуном. Навіть деякі коричневі карлики, таємничі об'єкти, занадто масивні, щоб бути планетами, але занадто малі, щоб горіти як зірки, здається, мають їх.
Змінні радіаційні пояси Юпітера (Фото: NASA JPL)
Протягом десятиліть вчені вивчали основну механіку. Радіаційні пояси не генерують власні частинки, вони збирають їх із сонячного вітру, постійного потоку заряджених частинок, що «витікають» від зірки. Ці пояси розганяють ці частинки до надзвичайних швидкостей, закачуючи в них енергію через складні взаємодії з магнітним полем планети. Як саме, і, що найважливіше, скільки, було важко визначити. Тепер Аднане Османе, доцент космічної фізики Гельсінського університету, створив модель, яка відповідає на друге питання з елегантною простотою. Модель має лише одну змінну – силу магнітного поля поверхні планети. Введіть її, і модель покаже вам максимальну енергію, яку радіаційний пояс може дати частинці.
Ключовий висновок полягає в тому, що процес має природне гальмо. Коли радіаційний пояс прискорює частинки, ці частинки вивільняють власну енергію. Як тільки магнітне поле перевищує певну силу, це вивільнення енергії компенсує прискорення, тому пояс фактично досягає стелі, яку він не може пробити. За цією точкою сильніше магнітне поле не створює більш енергійних частинок. Воно просто не може.
Верхня енергетична межа становить приблизно 7 тераелектронвольт, що більш ніж у трильйон разів перевищує енергію, яку переносить один фотон видимого світла. Для контексту, це можна порівняти з енергіями, досягнутими Великим адронним колайдером, найпотужнішим прискорювачем частинок, який коли-небудь створювало людство. Виявляється, природа проводить подібні експерименти вже мільярди років.
Фрагмент Великого адронного колайдера, прискорювача частинок, який виробляє рівні енергії, порівнянні з поясами Ван Аллена Землі (Фото: Gamsiz)
Модель також може бути застосована до екзопланет і пропонує, які довжини радіохвиль можуть видавати наявність радіаційного поясу, а отже, і магнітного поля, навколо світів, які ми ще не можемо відвідати. Це має величезне значення для пошуку життя. Вважається, що планетарне магнітне поле є одним з ключових інгредієнтів для придатності для життя, захищаючи поверхню світу від шкідливого випромінювання та допомагаючи утримувати атмосферу на місці протягом геологічних часових шкал.
Перклад з англійської