Konstnärens illustration av ESAs Cluster-rymdskepp som flyter över jorden. Bildkredit: ESA Klicka för förstoring
ESA: s Cluster-uppdrag har avslöjat en ny skapningsmekanism av 'killer electrons' - mycket energiska elektroner som är ansvariga för att skada satelliter och utgöra en allvarlig fara för astronauter.
Under de senaste fem åren har en serie upptäckter av Cluster-uppdraget med flera rymdfarkoster avsevärt förbättrat vår kunskap om hur, var och under vilka förhållanden dessa mördareelektroner skapas i jordens magnetosfär.
Tidiga satellitmätningar på 1950-talet avslöjade förekomsten av två permanenta ringar av energiska partiklar runt jorden.
Vanligtvis kallade 'Van Allen strålningsband' är de fyllda med partiklar som fångats av jordens magnetfält. Observationer visade att det inre bältet innehåller en ganska stabil population av protoner, medan det yttre bältet huvudsakligen består av elektroner i en mer varierande mängd.
Vissa av de yttre bälteelektronerna kan accelereras till mycket höga energier, och det är dessa "mördareelektroner" som kan tränga in i tjock skärmning och skada känslig satellitelektronik. Denna intensiva strålningsmiljö är också ett hot mot astronauter.
Forskare har länge försökt förklara varför antalet laddade partiklar i bälten varierar så mycket. Vårt stora genombrott kom när två sällsynta rymds stormar inträffade nästan back-to-back i oktober och november 2003.
Under stormarna tömdes en del av Van Allen-strålningsbältet för elektroner och reformerades sedan mycket närmare jorden i en region som vanligtvis tros vara relativt säker för satelliter.
När strålningsbanden reformerades ökade de inte enligt en långvarig teori om partikelacceleration, kallad 'radiell diffusion'. Radial diffusionsteori behandlar jordens magnetfältlinjer som att vara som elastiska band.
Om bandet plockas, vinglar de. Om de vinglar i samma takt som partiklarna som driver runt jorden kan partiklarna drivas över magnetfältet och accelereras. Denna process drivs av solaktivitet.
Istället använde ett team av europeiska och amerikanska forskare under ledning av Dr Richard Horne från British Antarctic Survey, Oxford, Storbritannien, data från Cluster och markmottagare i Antarktis för att visa att mycket lågfrekventa vågor kan orsaka partikelaccelerationen och intensifiera bälten.
Dessa vågor, kallade 'kör', är naturliga elektromagnetiska utsläpp i ljudfrekvensområdet. De består av diskreta element med kort varaktighet (mindre än en sekund) som låter som kören från fåglar som sjunger vid soluppgången. Dessa vågor är bland de mest intensiva i den yttre magnetosfären.
Antalet "mördareelektroner" kan öka med en faktor på tusen vid toppen av en magnetisk storm och de följande dagarna. Intensiv solaktivitet kan också skjuta det yttre bältet mycket närmare jorden, och därför utsätta satelliter med lägre höjd för en mycket hårdare miljö än de var designade för.
Radialdiffusionsteorin är fortfarande giltig under vissa geofysiska förhållanden. Innan denna upptäckt trodde vissa forskare att körutsläpp inte var tillräckligt effektiva för att redogöra för reformeringen av det yttre strålningsbandet. Vad Cluster har avslöjat är att under vissa mycket störda geofysiska förhållanden är körutsläpp tillräckliga.
Tack vare den unika multipointmätningsförmågan hos Cluster har de karakteristiska dimensionerna i dessa körkällregioner uppskattats för första gången.
Typiska dimensioner har visat sig vara några hundra kilometer i riktningen vinkelrätt mot jordens magnetfält och några tusentals kilometer i riktningen parallellt med detta.
De hittills hittade dimensioner är dock baserade på fallstudier. ”Under störda magnetosfäriska förhållanden bildar körkällregionerna långa och smala spaghettiliknande föremål. Frågan är nu om dessa mycket låga vinkelräta skalor är en allmän egenskap för körmekanismen, eller bara ett speciellt fall för de analyserade observationerna, ”sa Ondrej Santolik, Charles University, Prag, Tjeckien och huvudförfattare till detta resultat.
På grund av vår ökade beroende av rymdbaserad teknik och kommunikation är förståelsen för hur, under vilka förhållanden och var dessa mördande elektroner skapas, särskilt under magnetiska stormperioder, av stor betydelse.
Originalkälla: ESA Portal
