Ученые смоделировали возникновение убегающих электронов в атмосфере на высотах 50–90 километров

Ученые из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) создали экспериментальную установку, воспроизводящую условия мезосферы — слоев атмосферы на высоте 50–90 километров. Конструкция представляла собой кварцевую трубку, заполненную разреженным воздухом. В нем с помощью кольцевых электродов — элементов, расположенных на внешней поверхности трубки, — и генератора периодических импульсов высокого напряжения создавалась плотная плазма емкостного разряда.

При достижении пороговой напряженности электрического поля внутри трубки между электродами возникали плазменные диффузные струи — миниатюрные аналоги красных спрайтов, — длина которых на созданной установке могла достигать двух метров. Такие струи, а также плотная плазма, от которой они стартовали, не контактировали с металлическими электродами — именно это приблизило лабораторный эксперимент к природным условиям возникновения спрайтов. При проведении исследований авторы отслеживали характеристики свечения плазмы спектрометром, а также сверхскоростными камерами и фотоприемниками. Кроме того, на торце трубки исследователи установили коллектор с субнаносекундным временным разрешением, который зарегистрировал убегающие электроны, генерируемые на границе плотной плазмы и плазменных диффузных струй. Убегающие электроны — это высокоэнергетические частицы, которые между столкновениями с молекулами и атомами газа при движении в электрическом поле набирают энергию большую, чем теряют в столкновениях. Именно из-за этого свойства они становятся убегающими.

На созданной установке убегающие электроны набирали основную энергию на границе плотной плазмы у электродов и опережали фронт плазменной струи, распространяющейся по трубке. Подобная ситуация, по-видимому, возникает и в красных спрайтах, в которых на верхней границе первичных «столбов» формируются направленные вверх отрицательные стримеры — холодные плазменные каналы.