Fehlende Elektronen in der Atmosphäre, die möglicherweise zu finden

Wissenschaftler können die Ursache eines mysteriösen Verschwindens Elektronen Dutzende von Meilen über der Erde endlich gefunden zu haben.

Es stellt sich heraus, dass Elektronen aus höheren in der Atmosphäre eine Staubschicht unsichtbar Meteor fallen auf die Erde jeden Tag aufsaugen werden kann, sagte erstellen die so genannten "D-Region Ledge," wo die Konzentration der Elektronen plötzlich, Earle Williams, atmosphärische Elektriker am Massachusetts Institute of Technology, stürzt Anfang dieses Monats auf der Jahrestagung der American Geophysical Union.

Physiker schon lange Jagd für die verschwindenden Elektronen und wandte sich um alles von hochfliegenden Eiswolken, elektrisch geladene Wasser-Cluster in der Atmosphäre zu erklären, den plötzlichen Abfall in dieser Region, sagte er. [Infografik: Erde Atmosphäre von oben nach unten]

"Es ist die dramatischste Steigung überall in der Ionosphäre,", sagte Williams, der Teil der oberen Erdatmosphäre wo die D-Region-Leiste gefunden wird. "Es ist wirklich auffällig, so dass es nach einer Erklärung betteln ist."

Der Fall der verschwundenen Elektronen

Weit über der Erdoberfläche interagieren UV-Strahlen der Sonne mit Stickstoffmonoxid in der Atmosphäre, Elektronen zu produzieren, die in Richtung Erde zu reisen. Aber seit den 1960er Jahren haben Wissenschaftler bekannt, dass es ein starken Rückgang in der Anzahl der Elektronen in der Nacht in der Atmosphäre vorhanden ist. Dieser Rückgang wurde gefunden, wenn Raketen zuerst die obere Atmosphäre probieren Sie seine Temperatur, Druck und Elektron Dichte verletzt. Diese "Elektron Ledge" tritt innerhalb der Ionosphäre D-Schicht, die zwischen 37 und 56 Meilen (60 km und 90 km) erstreckt sich über die Erdoberfläche.

Die D-Region Sims spielt eine entscheidende Rolle in der modernen Kommunikation. Der Planet selbst leitet den Strom, wie auch die Schicht der Ionosphäre oben die Leiste, sondern elektromagnetische Wellen nicht durch nichtleitenden Materialien, wie die Elektron-abgereicherte Region unter dem Sims Reisen. Unterhalb der Leiste, die Elektron-abgereicherte Luft fungiert als Isolator, bildet eine Schicht zwischen der Erde und ihre Atmosphäre, die Radiowellen und sehr niederfrequente elektromagnetische Wellen, die Welt zu umrunden. [Quiz: die Wissenschaft der Elektrizität]

Die D-Region-Leiste erscheint am stärksten in der Nacht und zeigt sich ebenso in der Atmosphäre über den Polen zum Äquator und überall dazwischen. Doch niemand wusste, warum es gab.

Ausschöpfung der Möglichkeiten

Die neue Studie, Williams und sein Kollege, Joanne Wu, ein Doktorand an der National Cheng Kung University in Taiwan, sagen Sie, dass sie und andere Kollegen viele der vorherrschenden Hypothesen angeschaut hatten zu erklären der Ledge und fand die meisten fehlt. Zum Beispiel hatte einige Forscher vorgeschlagen, Eiswolken freien Elektronen absorbieren könnte. Aber tendenziell Eiswolken näher zur Erde hohen Breitengraden, verklumpen, während die D-Region ebenso prominente überall von den Polen zum Äquator ist.

Dann stießen sie auf eine 1980 Papier im Journal of the Atmospheric Sciences, die vorgeschlagen, dass eine weitere Schicht der Atmosphäre, die Natrium-Layer genannt Feinstaub von Meteoroiden zugeschrieben werden könnte. In diesem Erklärung als Raum reisen durch die dünne obere Atmosphäre rockt, drängeln sie Stickstoff und Sauerstoff-Moleküle, dabei Aufheizen. Wie sie weiter fallen, kollidieren sie mit mehr Atome in der dicht gepackten Atmosphäre, immer heiß genug, um zu kochen, an welcher, die Stelle die einzelnen Natrium-Atome aus der Meteoroid abziehen.

Das machte das Team Fragen: könnte die Erwärmung des winzigen Meteoriten auch erklären, die D-Region-Leiste?

Elektron-Waschbecken

In dieser neuen Theorie würde auch Mineralien wie Eisen und Silizium, die ein viel größerer Teil des Meteoroiden als Natrium ausmachen, aus der Meteoroid, bilden eine Wolke aus Rauch und Staub kochen. Freischwebende Silizium und Eisen-Atome würde dann zerschlagen in Sauerstoff und Stickstoff in der Atmosphäre, klopfen freie Elektronen in die Eisen und Silizium-Atome äußeren Elektronenschalen. Die Elektronen von der Meteor kochen würde dann verwandeln Sie in schwachen Schimmer des Lichts zu klein, um mit bloßem Auge zu sehen.

Unterdessen würde die Meteor Staub selbst binden an die freien Elektronen, die gebildet wurden, wenn die Strahlen der Sonne ultraviolent mit der Atmosphäre interagiert. Der Grund ist die D-Region-Leiste in der Nacht so vorstehend ist weil ultravioletter Strahlung von der Sonne während des Tages 100 Mal größer als in der Nacht, so dass die Produktion von freien Elektronen den Sims-Effekt im Laufe des Tages Zwerge.

Wenn die Theorie stimmt, dann "Sie einen dicken Staub sehr langsam aufgrund der Schwerkraft absteigend bilden werde", sagte Williams. "Irgendwann kommt dieser Staub auf der Oberfläche der Erde. Es ist ca. 100 Tonnen pro Tag weltweit", aber wir können nicht leicht erkennen, weil die winzigen Partikel so klein sind.

Viele kleine Felsen

Aber warum tritt diese Kante 53 Meilen (85 km) über der Erde? Theoretisch die Forscher die Meteoroiden in dieser Höhe sind vor allem die richtige Größe und mit der richtigen Geschwindigkeit in dieser Höhe in der Atmosphäre verglühen unterwegs sind. Die Meteore, die erklären könnte, dem Sims müssten klein sein: etwa 10 Mikrogramm. Und sie müsste "langsam", Reisen etwa 29.000, 33.500 Meilen pro Stunde (13 bis 15 km/s) – nur über die Fluchtgeschwindigkeit der Erde, sagte Williams.

Möglicherweise gibt es viele dieser kleinen, langsamen Meteore. Beide Radargeräte, die zeigen wenig Pings von Elektrizität, wenn teensy Meteoroiden in der Atmosphäre verbrennen sowie ein paar Satelliten, die durch die Flut von unzähligen winzigen Meteoroiden pockennarbige wurde, vorgeschlagen, dass die überwiegende Mehrheit der Raum-Felsen, die die Erde jeden Tag bombardieren diese kleine, unscheinbare Exemplare. Obwohl sie nicht, eine atemberaubende Lichtspur wie so genannte Sternschnuppen verlassen, kleine Meteore ein tausendfach zahlreicher als die kosmische Trümmer sein könnte, die den Nachthimmel leuchtet, sagte Williams.

" "Es ist eine sehr plausible Idee", sagte Morris Cohen, ein ionosphärische Physiker am Georgia Institute of Technology in Atlanta, der nicht an der Studie beteiligt war. "Es gibt eine Menge Indizien Theorie wieder auf die Idee, es stimmt alles."

Jedoch sagte es hart, direkt, die Idee zu testen, wie diese Region der Atmosphäre so unzugänglich ist, Cohen.

"Es ist zu hoch, zu niedrig mit Ballons, und es ist zu erreichen, um mit Satelliten getroffen," sagte Cohen Leben Wissenschaft.

Die D-Region-Leiste ist nicht die einzige seltsame Grenze in diesem Teil der Atmosphäre – die Region zwischen 62 und 50 Meilen (80-100 km) über der Oberfläche hat auch eine "Airglow" Schicht, verursacht durch den starken Anstieg der Ionisation von Hydroxyl sowie Mehrschichtigkeit Natrium, sagte Steven Cummer, Elektroingenieur an der Duke University in North Carolina , wer nicht an der Studie beteiligt war.

"Diese Region ist so schwer zu messen, dass wenig Arbeit getan wurde, um festzustellen, ob diese Grenzen verbunden sind", sagte Cummer Leben Wissenschaft in einer e-Mail. "Aber die Idee, dass ein wesentliches Merkmal der Erdatmosphäre durch die ständige Ablagerung von Material durch Meteore entsteht ist ziemlich aufregend."

Folgen Sie Tia Ghose auf Twitter und Google + . Folgen Sie Leben-Wissenschaft @livescience , Facebook & Google + .