Konstnärens intryck av mikroturbulens sett av Cluster. Bildkredit: ESA Klicka för förstoring
Tack vare mätningar från ESA: s klusteruppdrag har ett team av europeiska forskare identifierat "mikro" -vorte i jordens magnetosfär.
Sådan virvelturbulens i liten skala, vars existens förutses genom matematiska modeller, har inte observerats tidigare i rymden. Resultaten är inte bara relevanta för rymdfysik utan också för andra tillämpningar som forskning om kärnfusion.
Den 9 mars 2002 korsade de fyra klustrsatelliterna, som flyger i tetraedrellformation på 100 kilometer avstånd från varandra, den norra magnetiska kuspen? när de upptäckte. Magnetiska cusps är regionerna över magnetpolerna där magnetfältlinjerna som omger jorden bildar en magnetisk tratt.
De magnetiska cuspsna är de två viktiga regionerna i jordens magnetosfär där "solvinden"? - ett konstant flöde av laddade partiklar som genereras av solen som korsar hela solsystemet - har direkt tillgång till det övre lagret av jordens atmosfär (jonosfären).
Stora mängder plasma (en gas med laddade partiklar) och energi transporteras genom dessa och andra? Tillgängliga? regioner, för att penetrera magnetosfären - Jordens naturliga skyddssköld. Bara mindre än en procent av all energi som transporteras av solvinden och träffar jordens magnetosfär lyckas faktiskt smyga igenom, men den kan fortfarande ha en betydande inverkan på jordiska system, som telekommunikationsnät och kraftledningar.
Solmaterialet som smyger in genererar turbulens i plasma som omger jorden, liknande det i vätskor men med mer komplexa krafter inblandade. Sådan turbulens genereras till exempel i områdena med övergången mellan lager av plasma med olika densitet och temperatur, men dess bildningsmekanismer är ännu inte helt tydliga.
Turbulensen existerar i olika skalor, från några tusen till några kilometer över. Med in situ? Multi-point? mätningar, rapporterade de fyra klustersatelliterna under 2004 om förekomsten av storskalig turbulens - virvlar upp till 40 000 kilometer breda, på flanken av "magnetopausen"? (ett gränsskikt som separerar magnetosfären från det fria utrymmet). Den nya upptäckten av? Mikro? turbulens, med virvlar på bara 100 kilometer över, är en första i studien av plasma som omger jorden.
Cluster: ett ovanligt diagnostiskt verktyg
En sådan upptäckt är mycket relevant. Till exempel tillåter det forskare att börja koppla små och stora turbulenser och börja ifrågasätta hur den faktiskt bildas och vilka förbindelser. Till exempel, vad är de grundläggande mekanismerna som driver och utformar turbulensen? Hur mycket bidrar virvlar till transport av massa och energi genom gränsskikten? Behövs små virvlar för att generera stora? Eller å andra sidan sprider stora virvlar sin energi och skapar en kaskad av mindre?
I ett försök att svara på dessa frågor är Cluster ett enastående diagnostiskt verktyg för den första tredimensionella kartan över miljön nära jorden, där dess exceptionellitet ges av dess samtidiga observationer med flera rymdskepp. Cluster revolutionerar vår förståelse för sätt och mekanismer som solaktivitet påverkar jorden.
Dessutom bidrar Cluster's studie av turbulensen i jordens plasma, med dynamiken och energierna som är inblandade, till främjandet av grundläggande teorier om plasma. Detta är inte bara viktigt inom astrofysik, utan också vad gäller förståelsen och hanteringen av plasma i laboratorier med tanke på de stora energierna som är involverade. Detta är särskilt relevant för forskning om kärnfusion.
Exempelvis kompletterar Cluster-data forskningen om plasmafysik i det internationella ITER-projektet, ett experimentsteg som involverar flera forskningsinstitut runt om i världen för morgondagens elproducerande kraftverk. I detta avseende, genom att undersöka magnetosfären, har Cluster fri tillgång till det enda öppna naturliga laboratoriet? för studier av plasmafysik.
Originalkälla: ESA Portal
