Ученые из Института сильноточной электроники СО РАН в Томске впервые в мире зарегистрировали убегающие электроны — сверхбыстрые заряженные частицы — в лабораторной модели атмосферных разрядов, известных как красные спрайты. Такие явления напоминают гигантские светящиеся столбы высотой до 50 км, они возникают в верхних слоях атмосферы на высотах 50–90 км во время мощных гроз. Ранее такие электроны находили только в обычных молниях на высотах до 15 км, но никогда в спрайтах.
Для эксперимента ученые создали установку, имитирующую условия мезосферы — атмосферного слоя на высоте 50–90 км. Она состояла из кварцевой трубки с разреженным воздухом, где с помощью электродов и импульсов высокого напряжения создавалась плотная плазма. В трубке формировались плазменные струи длиной до двух метров — мини-копии красных спрайтов. Специальный коллектор фиксировал убегающие электроны, которые возникали на границе плазмы и струй. Эти частицы, ускоряясь в электрическом поле, набирают больше энергии, чем теряют при столкновениях с молекулами, что делает их «убегающими». В эксперименте они опережали фронт струи, как, вероятно, происходит в природных спрайтах, где электроны движутся вверх по каналам, называемым стримерами.
Открытие важно, потому что убегающие электроны могут вызывать каскады частиц, усиливая свечение спрайтов, и создавать рентгеновское излучение, опасное для спутников на орбитах от 200 км. Они также порождают электромагнитные помехи, мешающие радиосвязи. Новая установка позволяет изучать эти процессы в лаборатории, предсказывая влияние разрядов на технологии. В будущем ученые планируют исследовать убегающие электроны в голубых джетах и других формах спрайтов, чтобы лучше понять их роль в атмосфере и защитить космическое оборудование.