ESAs Cluster-rymdskepp fanns på rätt plats vid rätt tidpunkt den 15 september 2001. Uppsättningen av data kommer att hjälpa forskare att bättre modellera interaktioner mellan jordens magnetosfär och solvinden, såväl som magnetfält runt andra stjärnor och exotiska föremål med kraftfulla magnetfält.
ESA: s rymdskeppskonstellation Cluster har träffat det magnetiska bullets öga. De fyra rymdskeppen omgav en region inom vilken jordens magnetfält spontant rekonfigurerade sig.
Detta är första gången en sådan observation har gjorts och ger astronomer en unik insikt i den fysiska processen som är ansvarig för de mest kraftfulla explosioner som kan uppstå i solsystemet: den magnetiska återanslutningen.
När man tittar på det statiska mönstret för järnfilningar runt en stångmagnet är det svårt att föreställa sig hur utbytbara och våldsamma magnetfält kan vara i andra situationer.
I rymden uppför sig olika regioner av magnetism något som stora magnetiska bubblor, var och en innehåller elektrifierad gas känd som plasma. När bubblorna möts och skjuts samman, kan deras magnetfält brytas och anslutas igen, och bilda en mer stabil magnetisk konfiguration. Denna återanslutning av magnetfält genererar partiklar som värms upp plasma.
I hjärtat av en återanslutningshändelse måste det finnas en tredimensionell zon där magnetfälten bryts och ansluts igen. Forskare kallar denna region för nollpunkten men har hittills aldrig kunnat identifiera en sådan, eftersom den kräver minst fyra mätpunkter samtidigt.
Den 15 september 2001 passerade de fyra Cluster-rymdskeppen bakom jorden. De flög i en tetraedrisk formation med separationer mellan rymdskeppet på över 1 000 kilometer. När de flög genom jordens magnetstjärna, som sträcker sig bakom nattens sida av vår planet, omgav de en av de misstänkta nollpunkterna.
Uppgifterna som returneras av rymdskeppet har analyserats omfattande av ett internationellt team av forskare under ledning av Dr. C. Xiao från den kinesiska vetenskapsakademin, prof. Pu från universitetet i Peking, prof. Wang från Dalian University of Technogy. Xiao och hans kollegor använde klusterdata för att härleda den tredimensionella strukturen och storleken på nollpunkten, vilket avslöjade en överraskning.
Nollpunkten finns i en oväntad virvelstruktur cirka 500 kilometer över. "Denna karakteristiska storlek har aldrig rapporterats tidigare i observationer, teori eller simuleringar", säger Xiao, Pu och Wang.
Detta resultat är en viktig prestation för Cluster-uppdraget eftersom det ger forskarna sin första titt på själva hjärtat i återanslutningsprocessen.
Genom hela universumet anses magnetisk återanslutning vara en grundläggande process som driver många kraftfulla fenomen, till exempel strålningsstrålarna som ser bort från avlägsna svarta hål, och de kraftfulla solfällorna i vårt eget solsystem som kan frigöra mer energi än en miljard atombomber.
På mindre skala tillåter återanslutning vid daggränsen till jordens magnetfält solgas genom att trigga en specifik typ av aurora som kallas 'proton aurora'.
Att förstå vad gnistor magnetisk återanslutning hjälper också forskare som försöker utnyttja kärnfusion för energiproduktion. I tokamak-fusionsreaktorer berövar spontana magnetiska rekonfigurationer processen för dess kontrollerbarhet. Genom att förstå hur magnetfält återansluter hoppas fusionsforskare att kunna utforma bättre reaktorer som förhindrar att detta sker.
Efter att ha identifierat en nollpunkt hoppas teamet nu få poäng i framtida tjur-ögon för att jämföra nollor och se om deras första upptäckt hade en konfiguration som är sällsynt eller vanlig.
Originalkälla: ESA News Release
