Bildkredit: NASA
Ny forskning indikerar att elektroner kan surfa på magnetiska vågor som drivs av solvinden och få fart på den punkten att de kan orsaka allvarliga skador på rymdskepp som kretsar runt jorden. Processen är ett resultat av interaktionen mellan jordens magnetfält och fluktuationer i solvindens densitet. När solvindens densitet förändras, får den vågor i magnetfältet att krusas tillbaka till jorden. Elektroner kan fångas i dessa krusningar och surfa tillbaka till jorden så snabbt att de kan skada känslig elektronik i rymden.
"Killer" -elektroner som kan orsaka förödelse i kretsande rymdskepp kan "surfa" magnetiska vågor som drivs av solvinden, enligt ett team av rymdforskare.
Teamet från Boston University och National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) kombinerade observationer från NASA och NOAA rymdskepp för att identifiera ett fenomen som förklarar hur solvinden gör vågor i jordens magnetfält (magnetosfär). Vanliga elektroner som kretsar runt jorden i Van Allen-strålningsbälten kan tappa vågorna och accelerera till nära ljusets hastighet, med energier 300-500 gånger större än elektronerna i en TV-skärm.
Solvinden är en ström av elektriskt laddade partiklar som ständigt blåses från solen. Magnetosfären är en hålighet som bildas när solvinden möter jordens magnetfält. När solvindtätheten är hög och kommer upp mot magnetosfären, komprimeras magnetosfären. När vindtätheten är låg expanderar magnetosfären. Forskarna upptäckte att solvinden innehåller periodiska strukturer med hög och låg täthet, vilket driver en periodisk "andning" -verkan från magnetosfären och den globala generationen av magnetiska vågor.
Det är känt att om frekvensen för dessa vågor matchar frekvensen för elektronerna i deras rörelse i Van Allen-bältet, kan elektronerna påskyndas, vilket kraftigt ökar deras energier. Processen liknar en boogyboarder som fångar en våg. Vissa elektroner "kör på vågen" och får så mycket energi att de sedan kan skada dyra rymdskepp.
"Om vi kan bekräfta detta som en betydande mekanism för att göra vågorna som påskyndar" mördare "-elektroner, kan forskare som använder data från satelliter som vind utveckla förvarning för rymdskeppsoperatörer om att deras rymdskepp kan vara i fara för överdriven och skadlig strålningsexponering, ”Sa Dr. Barbara Giles, projektforskare för rymdskeppet Polar vid NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
När elektroner blir så energiska kan de tränga in i rymdskeppets inre. Väl inne i elektroniska delar bygger de upp statisk elektricitet som kan kortsluta en kritisk del eller sätta rymdskeppet i ett dåligt driftsläge.
"Det som är nytt och spännande med denna forskning är att människor alltid har letat efter mekanismer som är inre i magnetosfären för att generera dessa vågor," sade Dr. Larry Kepko, forskningsassistent vid Boston University och huvudförfattare för två artiklar om denna forskning, en publicerad i Journal of Geophysical Research i juni 2003 och den andra i Geophysical Research Letters 2002. "Men här har vi hittat en extern mekanism - solvinden själv."
NASA: s polar- och vindsatelliter, tillsammans med NOAAs geostationära operativa miljösatellit (GOES), gav de viktigaste observationerna som ledde teamet till denna slutsats. Polar bekräftade att vågorna inte är lokala utan globala. Vindsatelliten var den primära källan för att identifiera täthetsstrukturerna i solvinden som driver magnetosfären. GOES tillhandahöll data om jordens magnetosfär när den ökade och minskade i storlek.
"Vi visste redan att solvinden har täthetsstrukturer och att magnetiska vågor kan påskynda elektroner," sade Dr. Harlan Spence, docent i astronomi vid Boston University och medförfattare till de två artiklarna om denna forskning. "Det vi inte visste var att solvindkonstruktionerna kan vara periodiska och driva magnetiska vågor. Dessa nya observationer kan ge en saknad länk mellan de två. ”
Den ultimata källan till dessa nyupptäckta solvindstrukturer är fortfarande ett mysterium, men teamet spekulerar i att solen kan spela en direkt roll. "Solvindvindtäthetsvariationerna styrs delvis av mönstret för magnetisk återanslutning, vridning och knäppning av magnetfältlinjer på solens yta", säger Dr. Kepko. ”Återanslutning som sker på ett systematiskt, periodiskt sätt kan ge de observerade periodiska täthetsstrukturerna i solvinden. Det finns vissa bevis för att detta kan förekomma, men ytterligare forskning krävs för att upprätta en definitiv länk. ”
Van Allen-strålningsbanden upptäcktes 1958 av Dr. James Van Allen och hans team vid University of Iowa med Explorers 1 och 3, de första satelliterna som framgångsrikt sjösattes av USA. Det är bälten av elektriskt laddade partiklar som fångas av jordens magnetfält. Eftersom partiklarna är elektriskt laddade (mestadels protoner och elektroner) känner de magnetiska krafter och är begränsade till spiral runt osynliga magnetiska kraftlinjer som utgör jordens magnetfält. Det finns faktiskt två munkformade bälten i Van Allen-systemet, det ena i det andra med jorden i "hålet" i det inre bältet. Det inre bältet, som består av höghastighetsprotoner, ligger i höjder mellan 430 och 7 500 mil (cirka 700 till 12 000 km) över jorden. Det yttre bältet är tillverkat av höghastighetselektroner och visas i höjder mellan 15 500 och 25 000 mil (cirka 25 000 till 40 000 km) över jorden. Rymdskeppsoperatörer försöker undvika banor i dessa regioner, men ibland är dessa höjder bäst för ett visst uppdrag, eller rymdfarkosten måste passera genom bälten under en del av sin bana eller helt undkomma jorden.
NASA: s polar- och vindsatelliter, tillsammans känd som ”Global Geospace Science Program”, ägnas åt att hjälpa forskare att förstå hur partiklar och energi från solen flödar genom och interagerar med jordens rymdmiljö.
NOAA ägnar sig åt att samla in data om haven, atmosfären, rymden och solen. GOES-satellitsystemet är det grundläggande elementet för amerikansk väderövervakning och prognos. Howard Singer från NOAA är en tredje medförfattare i 2002 års uppsats om denna forskning.
Originalkälla: NASA News Release
