Более 50 лет назад странное радиоэхо было обнаружено в верхних слоях атмосферы Земли. Теперь ученые говорят, что они нашли источник этого явления.
В 1962 году радио-обсерватория Хикамарка, которая была построена недалеко от Лимы, Перу, зафиксировала необъяснимое явление, отражающее радиоволны, передавая сигналы обратно на землю. Таинственная причина этих эхо-сигналов находилась на высоте от 80 до 100 миль (130 и 160 километров) над уровнем моря.
"Как только они построили этот радар, они зафиксировали это явление", - сказал исследователь Меерс Оппенгейм из Центра космической физики в Бостонском университете. "Они видели множество сигналов, которые никогда до этого не видели".
Своеобразные радиолокации
Хотя другие явления, обнаруженные в обсерватории, получили объяснения, эти радарные эхо-сигналы продолжали сбивать с толку ученых.
"Для того чтобы посмотреть, что происходит на этой высоте, исследователи в то время пускали ракеты, оснащенные антеннами и детекторами частиц. Приборы, которые были разработаны для обнаружения радиолокационных волн, не видели почти ничего", - сказал Оппенгейм.
Вдобавок, этот феномен проявлялся только в дневное время, исчезая в ночное. Эхо появлялось на рассвете каждый день на высоте около 100 миль (160 км) над землей, прежде чем опускалось на высоту 80 миль (130 км) и становилось сильнее. Затем в полдень эхо начиналось подниматься обратно к исходной точке на высоту в 100 миль. Когда данный сигнал был нанесен в виде графика, он принимал форму ожерелье.
Во время частичного солнечного затмения в 2011 году, которое прошло над Национальной исследовательской лабораторией атмосферных исследований в Индии, эхо стихло.
"Затем произошла солнечная вспышка, и радиоэхо изменилось", - сказал Оппенгейм. "Оно стало действительно сильным".
Солнце берет на себя ответственность
Теперь, благодаря супервычислительным компьютерам, Оппенгейм и Яков Димант, также работающий в Центре космической физики, смоделировали эксцентричные радиолокации, чтобы найти виновника - Солнце.
"Ультрафиолетовое излучение от Солнца, кажется, врезается в ионосферу (часть верхней атмосферы Земли, расположенной между 50 и 370 милями, или 80 и 600 км, над уровнем моря), где как раз таки и было обнаружено радиоэхо", - сказали они. "Затем, излучение в виде фотонов (частиц света), расщепляет молекулы, в результате чего образуются положительно заряженные частицы, называемые ионами, в первую очередь положительно заряженный кислород и свободный электрон (отрицательно заряженная частица, которая не присоединена к атому или молекуле)".
"Этот ультра-заряженный электрон или фотоэлектрон проносится в виде молнии через атмосферу, которая на этой высоте намного холоднее, чем фотоэлектрон", - сказал Оппенгейм.
Создание волн
Используя компьютерное моделирование, ученые позволили этим электронам высокой энергии взаимодействовать с другими, менее энергичными частицами.
Поскольку эти электроны высокой энергии проносятся через прохладную, медленную среду в ионосфере, образуется так называемая кинетическая плазменная неустойчивость (турбулентность, в некотором смысле). Результат: электроны начинают вибрировать с различными длинами волн.
"Один вид очень энергичных частиц, движущихся через население гораздо менее энергичных частиц - это как бег скрипичным смычком по струнам. Холодная среда начинает порождать резонансные волны", - пояснил Оппенгейм.
"Причина, почему это не было объяснено в течение длительного времени является то, что это очень сложный механизм", - добавил он.