Van Allen-bälten pulserar från solpartiklar. Bildkredit: NASA / Tom Bridgman. Klicka för att förstora
En "säker zon" i strålningsbanden som omger jorden rör sig högre i höjd och latitud under toppar i solaktivitet, enligt ny forskning från ett NASA-ledat team. Den säkra zonen erbjuder reducerade strålningsintensiteter för alla potentiella rymdfarkoster som måste flyga i strålbältsområdet.
"Denna nya forskning förenar oss närmare förståelsen av hur en del av strålningsbältet försvinner," säger Dr. Shing Fung från NASA: s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Fung är huvudförfattare till ett papper om denna forskning som visas i on- radversion av geofysiska forskningsbrev 22 februari.
Teamet baserade sina resultat på mätningar av höghastighetspartiklar (elektroner), som innefattar "Van Allen-strålningsbältet", från National Oceanic and Atmospheric Administration: s serie polar-kretsande meteorologiska rymdskepp under 1978 till 1999. När rymdskeppet flög in deras polära banor, de upptäckte färre strålningsbältepartiklar på ett visst latitudområde, vilket indikerar säkra passager av rymdskeppet. Forskarna jämförde de uppgifter som togs under relativt låga solaktivitetsperioder, kallad solminimum, med data från toppsolaktivitetsperioder, kallad solar maximum. De märkte en förskjutning i säkerhetszonerna mot högre breddegrader, och därför höjder, under maximalt sol.
Om strålningsbälten var synliga, skulle de likna ett par munkar runt jorden, den ena inuti den andra med jorden i "hålet" i den inre munken. Den säkra zonen, kallad ”spårregionen”, verkar som ett gap mellan den inre och yttre munken. Bälten består faktiskt av höghastighets elektriskt laddade partiklar (elektroner och atomkärnor) som är fångade i jordens magnetfält.
Jordens magnetfält kan representeras av linjer med magnetisk kraft som kommer ut från Sydpolarregionen, ut i rymden och tillbaka in i Nordpolregionen. Eftersom strålningsbältepartiklar laddas styrs deras rörelser av magnetiska kraftlinjer. Fångade partiklar skulle studsa mellan polerna medan de spiraliserades runt fältlinjerna.
Mycket låg frekvens (VLF) radiovågor och bakgrundsgas (plasma) är också fångade i detta område. Precis som ett prisma som kan böja en ljusstråle kan plasma böja VLF-vågutbredningsvägarna, vilket får vågorna att rinna längs jordens magnetfält. VLF-vågor rensar den säkra zonen genom att interagera med strålningsbältepartiklarna, ta bort lite av deras energi och ändra deras riktning. Detta sänker platsen ovanför de polära områdena där partiklarna studsar (kallas spegelpunkten). Så småningom blir spegelpunkten så låg att den är i jordens atmosfär. När detta händer kolliderar de instängda partiklarna med atmosfäriska partiklar och går förlorade.
Enligt teamet skapas den säkra zonen i en region där förhållandena är gynnsamma för att VLF-vågorna sparkar partiklarna. Deras forskning är den första indikationen på att platsen för denna region kan förändras med solaktivitetscykeln. Solen genomgår en 11-årig aktivitetscykel, från maximalt till minimum, och tillbaka igen. Under maximalt solvärme värmer ökad sol-ultraviolett (UV) strålning jordens övre atmosfär, jonosfären, vilket gör att den expanderar. Detta ökar densiteten för plasma som fångas i jordens magnetfält.
Gynnsamma förhållanden för VLF-våg-partikelinteraktion beror på den specifika kombinationen av plasmatäthet och magnetfältstyrka. Även om plasmatätheten i allmänhet minskar med höjden, gör exponering av jonosfären under solens maximala plasmatätheten på den säkra zonens minsta höjd och tvingar den gynnsamma plasmatätheten för den säkra zonen att migrera till en högre höjd. Dessutom minskar magnetfältstyrkan med höjden. För att hitta den gynnsamma magnetfältstyrkan för den säkra zonen i högre höjder, måste man migrera mot polerna (högre breddegrader), där magnetfältlinjerna är mer koncentrerade och därmed starkare.
"Denna upptäckt hjälper till att begränsa sökningen efter det primära vågpartikelinteraktionsområdet som skapar den säkra zonen," sade Fung. "Även om inget känt rymdskepp använder den säkra zonen i stor utsträckning nu, kan vår kunskap hjälpa till att planera och driva framtida uppdrag som vill dra nytta av zonen."
Enligt forskarna var deras upptäckt möjliggjort av ett nytt dataval och återvinningsverktyg utvecklat av teamet, kallad Magnetospheric State Query System. Forskningen finansierades av NASA och National Research Council. I teamet ingår Fung, Dr. Xi Shao (National Research Council, Washington) och Dr. Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Md.).
Originalkälla: NASA News Release
