Что происходит с электронными спутниками протонов космических лучей?

Если первичные космические лучи состоят в основном из протонов, то где теряются электроны, и означает ли это, что Земля заряжена положительно? Солнце выбрасывает протоны и электроны в равном количестве?

Ответы (3)

Отличный вопрос. Электрическое поле создает такую ​​сильную силу, что было бы очень трудно перемещать большое количество зарядов только одного типа. Таким образом, астрофизические системы обычно выбрасывают равное количество протонов и электронов. В частности, солнечный ветер электрически нейтрален. Таким образом, эти космические лучи создаются в почти одинаковом количестве, но к тому времени, когда они достигают Земли, электронов становится гораздо меньше.

Основным взаимодействием, которое заставляет эти электроны «теряться», является обратное комптоновское рассеяние . Происходит следующее: электроны, путешествующие между галактиками, взаимодействуют с космическим микроволновым фоном и теряют большую часть своей энергии — в основном они отражаются от фотонов. Именно здесь теряется большая часть электронов в космических лучах, а это означает, что все электроны космических лучей на Земле придут из нашей галактики. Конечно, рассеяние происходит и для протонов, и для более тяжелых ионов, но для них оно гораздо слабее. (Скорость потери энергии обратно пропорциональна массе, а протоны и другие ионы намного тяжелее электронов.)

Что касается чистых сборов, то здесь еще много открытых вопросов . Но в основном, если мы накопим много заряда, мы вскоре притянем много противоположного типа заряда и снова станем нейтральными. Таким образом, мы не думаем, что у Земли есть большой чистый заряд, хотя я не знаю каких-либо точных пределов.

Таким образом, эти космические лучи создаются в почти равных количествах, но к тому времени, когда они достигают Земли, электронов становится намного меньше. Возможно, это верно для солнечного источника (не мой опыт), но из-за галактических ОСШ наблюдается сильная анизотропия в электронно-протонных КЛ. в источнике (ср . J. Astrophys. Astr. (2011) 32, 427–435 , PDF).

Космические лучи самых высоких энергий, вероятно, являются протонами, ядрами железа или чем-то средним (Оже и Высокое разрешение продолжают расходиться во мнениях по этому вопросу), но, как указал AMS-02, существует множество электронов и позитронов. Поскольку энергия входящих космических лучей не имеет значения, мы должны учитывать их при всех энергиях, включая очень низкие энергии, и в этот момент становится очень трудно измерить скорости.

Это: «становится очень трудно измерять ставки». То есть мы на самом деле не знаем, меньше ли электронов в чистом виде, чем протонов, или нет, мы знаем только то, что электронов с высокой энергией в чистом виде меньше, чем протонов с высокой энергией .

Отвечу на вопрос в заголовке:

Что происходит с электронными спутниками протонов космических лучей?

Они оставляют их в плазме, из которой они возникли.

посмотри _

Плазма — это четвертое состояние материи, она состоит из ионов и электронов и постоянно выбрасывается Солнцем. Любой положительный избыток в верхних слоях атмосферы будет легко нейтрализован за счет поглощения электронов из плазмы.

Это звучит очень странно. Непрерывный направленный наружу ток не может возникнуть в устойчивом состоянии, иначе звезда будет накапливать бесконечный заряд, который в какой-то момент начнет отталкивать электроны.
@EmilioPisanty Приходящие протоны высокой энергии не излучаются звездой. Они исходят из плазмы. То, как они становятся настолько энергичными, все еще является предметом исследований. Для очень высоких энергий en.wikipedia.org/wiki/… . Взгляните на это для более ручных physicsworld.com/cws/article/news/2013/feb/14/… . Те, что с солнца, приучены к дому :). Плазма находится по всей земле (см. ссылку в ответе) и может нейтрализовать любые дисбалансы.