Kunstnerens illustrasjon av ESAs Cluster-romskip flyter over jorden. Bildekreditt: ESA Klikk for å forstørre
ESAs Cluster-oppdrag har avslørt en ny skapelsesmekanisme av ‘killer electrons’ - svært energiske elektroner som er ansvarlige for å skade satellitter og utgjøre en alvorlig fare for astronauter.
I løpet av de siste fem årene har en serie funn fra Cluster-oppdraget med flere romfartøyer forbedret vår kunnskap om hvordan, hvor og under hvilke forhold disse morderen-elektronene opprettes i jordas magnetosfære.
Tidlige satellittmålinger på 1950-tallet avslørte eksistensen av to permanente ringer med energiske partikler rundt jorden.
Vanligvis kalt ‘Van Allen strålingsbelter’, er de fylt med partikler fanget av jordas magnetfelt. Observasjoner viste at det indre beltet inneholder en ganske stabil populasjon av protoner, mens det ytre beltet hovedsakelig er sammensatt av elektroner i en mer variabel mengde.
Noen av de ytre belteelektronene kan akselereres til veldig høye energier, og det er disse ‘killer electrons’ som kan trenge gjennom tykk skjerming og skade sensitiv satellittelektronikk. Dette intense strålingsmiljøet er også en trussel for astronauter.
I lang tid har forskere prøvd å forklare hvorfor antallet ladede partikler inne i beltene varierer så mye. Vårt store gjennombrudd kom da to sjeldne romstormer nesten skjedde rygg-mot-rygg i oktober og november 2003.
Under stormene ble en del av Van Allen-strålingsbeltet tappet for elektroner og deretter reformert mye nærmere jorden i et område som vanligvis antas å være relativt trygt for satellitter.
Da strålingsbeltene reformerte, økte de ikke i henhold til en langvarig teori om partikkelakselerasjon, kalt ‘radial diffusion’. Radial diffusjonsteori behandler jordas magnetfeltlinjer som å være som elastiske bånd.
Hvis bandene plukkes, vingler de. Hvis de vingler i samme takt som partiklene som driver rundt jorden, kan partiklene bli drevet over magnetfeltet og akselerert. Denne prosessen er drevet av solaktivitet.
I stedet brukte et team av europeiske og amerikanske forskere ledet av dr Richard Horne fra British Antarctic Survey, Oxford, Storbritannia, data fra Cluster og bakkemottakere i Antarktis for å vise at veldig lavfrekvente bølger kan forårsake partikkelakselerasjonen og intensivere beltene.
Disse bølgene, kalt ‘kor’, er naturlige elektromagnetiske utslipp i lydfrekvensområdet. De består av diskrete elementer med kort varighet (mindre enn ett sekund) som høres ut som refrenget til fugler som synger ved soloppgang. Disse bølgene er blant de mest intense i den ytre magnetosfæren.
Antallet ‘killer electrons’ kan øke med en faktor tusen på toppen av en magnetisk storm og i de påfølgende dagene. Intens solaktivitet kan også skyve det ytre beltet mye nærmere Jorden, og derfor utsette satellitter i lavere høyde for et mye tøffere miljø enn de var designet for.
Radial diffusjonsteorien er fortsatt gyldig under noen geofysiske forhold. Før denne oppdagelsen trodde noen forskere at kor utslipp ikke var tilstrekkelig effektive til å redegjøre for reformasjonen av det ytre strålingsbeltet. Det Cluster har avslørt er at i visse sterkt forstyrrede geofysiske forhold er korutslipp tilstrekkelig.
Takket være den unike mulighetsmålingene til Cluster, er de karakteristiske dimensjonene til disse korskildeområdene estimert for første gang.
Typiske dimensjoner har vist seg å være noen hundre kilometer i retningen vinkelrett på jordas magnetfelt og noen få tusen kilometer i retning parallelt med dette.
Imidlertid er dimensjonene funnet hittil basert på casestudier. ”Under forstyrrede magnetosfæriske forhold danner korskildeområdene lange og smale spaghettilignende gjenstander. Spørsmålet nå er om de veldig lave vinkelrett skalaene er en generell egenskap ved kormekanismen, eller bare et spesielt tilfelle av de analyserte observasjonene, ”sa Ondrej Santolik, Charles University, Praha, Tsjekkia, og hovedforfatter av dette resultatet.
På grunn av vår økte avhengighet av rombaserte teknologier og kommunikasjoner, er forståelsen av hvordan, under hvilke forhold og hvor disse drepemaskinene blir opprettet, spesielt under magnetiske stormperioder, av stor betydning.
Originalkilde: ESA Portal
