Ионосфера — обширный регион атмосферы на высоте приблизительно от 60 до 600 км над поверхностью Земли. Она содержит электрически заряженные частицы, смесь ионов и свободных электронов, созданных взаимодействием атмосферы с солнечным излучением. Полярные области ионосферы подвержены особенно сильному воздействию электронов — так называемому вторжению электронов. Эти частицы движутся со скоростью, близкой к скорости света, сталкиваются с молекулами газа и порождают в ионосфере различные феномены, например, северное сияние. Геомагнитное поле оказывает существенное влияние на эти процессы.

Команда ученых из Японии и Германии разработала сложный программный код, основное задача которого была в моделировании эффектов относительно малоизученной «зеркальной силы» вторжения электронов. За ней стоит магнитная сила, действующая на заряженные частицы под влиянием геомагнитного поля, рассказывает EurekAlert.

Моделирование показало, что зеркальная сила заставляет релятивистские электроны отскакивать вверх, на расстояние, которое зависит от угла их падения. Как выяснили ученые, электроны сталкиваются с другими заряженными частицами в ионосфере на большей высоте, чем считалось ранее.

«Вторгающиеся электроны, которым удается пробиться сквозь зеркальную силу, могут достигать средних и нижних слоев атмосферы, вызывая химические реакции, связанные с изменениями в уровне озона», — пояснил Като Юто, геофизик из Университета Тохоку, руководитель научной группы. Снижение уровня озона на полюсах сокращает защитный потенциал озонового слоя, который защищает живых существ от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Авторы исследования подчеркивают, что теоретическое значение их работы состоит в открытии важности геомагнитного поля и зеркальной силы в защите более низких слоев атмосферы от эффектов вторжения электронов.

Несмотря на то, что темная материя составляет до 85% массы Вселенной, она ускользает от прямого наблюдения и проявляется только в гравитационном взаимодействии. Прошлогоднее исследование предлагает уникальный метод поиска этой формы материи с помощью атмосферы Земли в качестве гигантского детектора частиц, несущихся сквозь воздушную среду как метеориты.