Skiss över de olika regionerna i jordens magnetosfär. Klicka för att förstora
ESAs Cluster-rymdskepp var på rätt plats vid rätt tidpunkt när de flög genom ett område i jordens magnetfält som accelererar elektroner till ungefär 1/100: e ljusets hastighet. Regionen kallas elektrondiffusionsregionen; en gräns bara några kilometer tjock mellan jordens magnetfält och solens. Under en timme uppslukades rymdskeppet i ett elektrondiffusionsområde, eftersom solvinden fick detta lager att röra sig fram och tillbaka.
ESA: s klustrsatelliter har flytt genom regioner i jordens magnetfält som accelererar elektroner till ungefär en hundreledel av ljusets hastighet. Observationerna presenterar Cluster-forskare med sin första upptäckt av dessa händelser och ger dem en titt på detaljerna i en universell process som kallas magnetisk återanslutning.
Den 25 januari 2005 befann sig de fyra Cluster-rymdfarkosterna sig på rätt plats vid rätt tidpunkt: ett område i rymden känt som en elektrondiffusionsregion. Det är en gräns bara några kilometer tjock som uppträder på en höjd av cirka 60 000 kilometer över jordens yta. Det markerar gränsen mellan jordens magnetfält och solens. Solens magnetfält transporteras till jorden av en vind av elektriskt laddade partiklar, känd som solvinden.
Ett elektrondiffusionsområde är som en elektrisk switch. När den vänds använder den energi lagrad i solens och jordens magnetfält för att värma de elektriskt laddade partiklarna i dess närhet till stora hastigheter. På detta sätt initierar det en process som kan resultera i skapandet av auroran på jorden, där snabbrörande laddade partiklar kolliderar med atmosfäriska atomer och får dem att lysa.
Det finns också en mer ojämn sida till elektrondiffusionsregionerna. De accelererade partiklarna kan skada satelliter genom att kollidera med dem och orsaka elektriska laddningar att byggas upp. Dessa kortslutningar och förstör känslig utrustning.
Nitton gånger på en timme befann sig Cluster-kvartetten i en elektrondiffusionsregion. Detta berodde på att solvinden buffrade gränsskiktet, vilket fick den att röra sig fram och tillbaka. Varje korsning av elektrondiffusionsregionen varade bara 10-20 millisekunder för varje rymdskepp och ändå var ett unikt instrument, känt som Electron Drift Instrument (EDI), tillräckligt snabbt för att mäta de accelererade elektronerna.
Observationen är viktig eftersom den ger de mest fullständiga mätningarna ännu av ett elektrondiffusionsområde. ”Inte ens de bästa datorerna i världen kan simulera elektrondiffusionsregioner; de har bara inte datorkraften för att göra det, säger Forrest Mozer, University of California, Berkeley, som ledde utredningen av klusterdata.
Uppgifterna kommer att ge ovärderliga insikter i processen för magnetisk återanslutning. Fenomenet inträffar över hela universum på många olika skalor, var som helst finns trassliga magnetfält. I dessa komplexa situationer kollapsar magnetfältet ibland till mer stabila konfigurationer. Detta är återanslutningen och frigör energi genom elektrondiffusionsregioner. På solen driver magnetisk återanslutning solfackarna som ibland släpper enorma mängder energi över solfläckarna.
Detta arbete kan också ha en viktig roll för att lösa energibehov på jorden. Kärnfysiker som försöker bygga fusionsgeneratorer försöker skapa stabila magnetfält i sina reaktorer men plågas av återanslutningshändelser som förstör deras konfigurationer. Om processen för återanslutning kan förstås kommer kanske sätt att förhindra det i kärnreaktorer att bli tydliga.
Men det ligger fortfarande i framtiden. "Vi måste göra mycket mer vetenskap innan vi fullt ut förstår återanslutning," säger Mozer, vars syfte nu är att förstå vilka solvindförhållanden som utlöser återanslutningshändelserna och deras tillhörande elektrondiffusionsregioner som Cluster ser.
Originalkälla: ESA Portal
