Bildekreditt: NASA
Ny forskning indikerer at elektronene kan surfe på magnetiske bølger drevet av solvinden, og bli akselerert til det punktet de kan forårsake alvorlig skade på romfartøy som kretser rundt jorden. Prosessen er et resultat av samspillet mellom jordas magnetfelt og svingninger i tettheten av solvinden. Når tettheten til solvinden endrer seg, får den bølger i magnetfeltet til å rive tilbake til jorden. Elektroner kan bli fanget i disse krusningene og surfe tilbake til jorden så raskt at de kan skade delikat elektronikk i verdensrommet.
"Killer" -elektroner som er i stand til å utslette ødeleggelser i kretsende romfartøy kan "surfe" på magnetiske bølger drevet av solvinden, ifølge et team av romforskere.
Teamet fra Boston University og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) kombinerte observasjoner fra NASA og NOAA romfartøy for å identifisere et fenomen som forklarer hvordan solvinden lager bølger i jordens magnetiske felt (magnetosfæren). Vanlige elektroner som kretser rundt jorden i Van Allen-strålingsbeltene kan boogyboard bølgene, akselerere til nær lysets hastighet, med energier 300-500 ganger større enn elektronene i en TV-skjerm.
Solvinden er en strøm av elektrisk ladede partikler som blåses konstant fra solen. Magnetosfæren er et hulrom som dannes når solvinden møter jordas magnetfelt. Når solvintettheten er høy og kommer opp mot magnetosfæren, blir magnetosfæren komprimert. Når vindtettheten er lav, utvides magnetosfæren. Forskerne oppdaget at solvinden inneholder periodiske strukturer med høy og lav tetthet, som driver en periodisk "puste" handling fra magnetosfæren og den globale generasjonen av magnetiske bølger.
Det er kjent at hvis frekvensen av disse bølgene samsvarer med frekvensen til elektronene i deres bevegelse i Van Allen-beltet, kan elektronene akselereres, noe som øker energiene deres betydelig. Prosessen ligner en boogyboarder som fanger en bølge. Noen elektroner "kjører på bølgen" og får så mye energi at de da kan skade dyre romfartøyer.
"Hvis vi kan bekrefte dette som en viktig mekanisme for å lage bølgene som akselererer 'morderen' elektroner, kan forskere som bruker data fra satellitter som Wind utvikle forhåndsvarsel for romfartsoperatører om at deres romfartøy kan være i fare for overdreven og skadelig stråleeksponering, ”Sa Dr. Barbara Giles, prosjektforsker for Polar-romfartøyet ved NASAs Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Når elektroner blir så energiske, kan de trenge inn i det indre av romskip. Når de er inne i elektroniske deler, bygger de opp statisk elektrisitet som kan kortslutte en kritisk del eller sette romskipet i en dårlig driftsmodus.
"Det som er nytt og spennende med denne forskningen, er at folk alltid hadde sett etter mekanismer som er interne i magnetosfæren for å generere disse bølgene," sier Dr. Larry Kepko, forskningsassistent ved Boston University og hovedforfatter av to artikler om denne forskningen, en publisert i Journal of Geophysical Research i juni 2003 og den andre i Geophysical Research Letters i 2002. "Men her har vi funnet en ekstern mekanisme - selve solvinden."
NASAs polar- og vindsatellitter, sammen med NOAAs Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES), ga de viktigste observasjonene som førte teamet til denne konklusjonen. Polar bekreftet at bølgene ikke er lokale, men globale. Vindsatellitten var den viktigste kilden for å identifisere tetthetsstrukturene i solvinden som driver magnetosfæren. GOES ga data om jordens magnetosfære da den økte og minsket i størrelse.
"Vi visste allerede at solvinden har tetthetsstrukturer og at magnetiske bølger kan akselerere elektroner," sier Dr. Harlan Spence, førsteamanuensis i astronomi ved Boston University og medforfatter av de to artiklene om denne forskningen. "Det vi ikke visste, var at solvindkonstruksjonene kan være periodiske og drive magnetiske bølger. Disse nye observasjonene kan gi en manglende kobling mellom de to. ”
Den endelige kilden til disse nyoppdagede solvindkonstruksjonene er fremdeles et mysterium, men teamet spekulerer i at Solen kan spille en direkte rolle. "Solvarmetetthetsvariasjonene er delvis kontrollert av mønsteret av magnetisk tilkobling, vridningen og knipsen av magnetfeltlinjer, på overflaten av solen," sier Dr. Kepko. "Gjenoppkobling som skjer på en systematisk, periodisk måte kan gi de observerte periodiske tetthetsstrukturene i solvinden. Det er noe som tyder på at dette kan skje, men det kreves ytterligere forskning for å etablere en endelig kobling. ”
Van Allen-strålingsbeltene ble oppdaget i 1958 av Dr. James Van Allen og hans team ved University of Iowa med Explorers 1 og 3, de første satellittene som ble lansert med suksess av USA. De er belter av elektrisk ladede partikler fanget av jordas magnetfelt. Siden partiklene er elektrisk ladet (for det meste protoner og elektroner), føler de magnetiske krefter og er bundet til spiral rundt usynlige linjer med magnetisk kraft som utgjør Jordens magnetfelt. Det er faktisk to smultringformede belter i Van Allen-systemet, det ene inne i det andre med jorden i “hullet” i det indre beltet. Det indre beltet, som består av høyhastighetsprotoner, er plassert i høyder mellom 430 og 7.500 mil (omtrent 700 til 12.000 km) over jorden. Det ytre beltet er laget av høyhastighetselektroner og vises i høyder mellom 15.500 og 25.000 mil (omtrent 25.000 til 40.000 km) over jorden. Romfartøyoperatører prøver å unngå baner i disse regionene, men noen ganger er disse høydene best for et bestemt oppdrag, eller romskipet må passere gjennom beltene under en del av sin bane eller for å unnslippe jorden helt.
NASAs polar- og vindsatellitter, sammen kjent som “Global Geospace Science Program”, er dedikert til å hjelpe forskere til å forstå hvordan partikler og energi fra solen strømmer gjennom og interagerer med jordas romfartsmiljø.
NOAA er dedikert til å samle inn data om havene, atmosfæren, verdensrommet og sola. GOES-satellittsystemet er det grunnleggende elementet for amerikansk værovervåking og prognoser. Dr. Howard Singer fra NOAA er en tredje medforfatter i 2002-artikkelen om denne forskningen.
Originalkilde: NASA News Release
