En grafik som representerar NASA: s ACE och Wind och ESA: s Cluster-rymdskepp som möter solpartikelstrålar. Bildkredit: UC Berkeley Klicka för förstoring
En flotta av NASA och Europeiska rymdorganisationens rymdväderprober observerade en enorm stråle av elektriskt laddade partiklar i solvinden mellan solen och jorden. Strålen, minst 200 gånger så bred som jorden, drevs av magnetfält i en process som kallas "magnetisk återanslutning".
magnetisk återanslutning i solvinden
Dessa strålar är resultatet av naturliga partikelacceleratorer som dvärgar allt som är byggt på jorden. Forskare bygger milslånga partikelacceleratorer på jorden för att krossa atomer tillsammans i ett försök att förstå de grundläggande fysiska lagarna.
Liknande strömförsörjningsdrivna strålar förekommer i jordens magnetsköld, vilket ger effekter som kan inaktivera kretsande rymdfarkoster och orsaka allvarliga magnetiska stormar på vår planet, ibland stör kraftverk.
De nyupptäckta interplanetära strålarna är mycket större än de som förekommer inom jordens magnetiska sköld. Den nya observationen är den första direkta mätningen som indikerar att magnetisk återanslutning kan ske på enorma skalor.
Att förstå magnetisk återanslutning är grundläggande för att förstå explosiva fenomen i hela universum, till exempel solstolar (miljontals megaton explosioner i solens atmosfär), gammastrålningsutbrott (intensiva utbrott av strålning från exotiska stjärnor) och kärnfusion i laboratoriet. Precis som ett gummiband plötsligt kan knäppas när det vrids för långt, är magnetisk återanslutning en naturlig process genom vilken energin i ett stressat magnetfält plötsligt frigörs när det ändrar form, accelererar partiklar (joner och elektroner).
"Endast med koordinerade mätningar av Sun-Earth-anslutningsfartyg som ACE, Wind och Cluster kan vi utforska rymdmiljön med enastående detaljer och i tre dimensioner," säger Dr. Tai Phan, huvudförfattare till resultaten, från University of California , Berkeley. "Rymdmiljön i närheten av jorden är det enda naturliga laboratoriet där vi kan göra direkta mätningar av fysiken i explosiva magnetiska fenomen som inträffar i hela universum." Phans artikel visas som omslagets artikel i Nature den 12 januari.
Solvinden är en utspädd ström av elektrisk laddad (joniserad) gas som kontinuerligt blåser från solen. Eftersom solvinden är elektriskt laddad, bär den solmagnetiska fält med sig. Solvinden som uppstår från olika platser på solen bär magnetfält som pekar i olika riktningar. Magnetisk återanslutning i solvinden sker när ”ark” av motsatt riktade magnetfält pressas samman. På så sätt ansluts arken för att bilda ett X-format tvärsnitt som sedan förintas eller bryts, för att bilda en ny magnetisk linjegeometri. Skapandet av en annan magnetisk geometri producerar omfattande strålar av partiklar som strömmar bort från återanslutningsplatsen.
Fram till nyligen rapporterades magnetisk återanslutning mestadels i jordens "magnetosfär", den naturliga magnetiska skölden som omger jorden. Den består av magnetfältlinjer som genereras av vår planet och försvarar oss från det kontinuerliga flödet av laddade partiklar som utgör solvinden genom att avleda dem. Men när de interplanetära magnetfältlinjerna som bärs av solvinden råkar vara i motsatt riktning mot jordens magnetfältlinjer, utlöses återanslutningen och solmaterial kan bryta igenom jordens sköld.
Några tidigare återanslutningshändelser uppmätta i jordens magnetosfär antydde att fenomenet var i sig slumpmässigt och otäckt i naturen och sträckte sig inte mer än några tiotusentals kilometer (mil). Men "Denna upptäckt löser en långvarig debatt om huruvida återanslutning är i själva verket fläckig, eller om den istället kan fungera över stora regioner i rymden," sade Dr. Jack Gosling från University of Colorado, en medförfattare på papper och en pionjär inom forskning om återanslutning i rymden.
Den bredare bilden av magnetisk återanslutning framkom när sex rymdfarkoster? de fyra rymdskeppen European Space Agency Cluster och NASA: s Advanced Composition Explorer (ACE) och vindprober? flög i solvinden utanför jordens magnetosfär den 2 februari 2002 och gjorde en chansupptäckt. Under en tidsperiod på cirka två och en halv timme observerade alla rymdfarkoster i följd en enda enorm ström av sprutpartiklar, minst 2,5 miljoner kilometer breda (cirka 1,5 miljoner miles eller nästan 200 jorddiametrar), orsakade av den största återanslutningshändelsen någonsin uppmätt direkt.
"Om den observerade återanslutningen var ojämn, skulle ett eller flera rymdfarkoster troligen inte ha stött på ett accelererat flöde av partiklar," säger Phan. "Dessutom skulle händelser med ojämna och slumpmässiga återanslutningar ha lett till att olika rymdskepp upptäckte jetstrålar riktade i olika riktningar, vilket inte var fallet."
Eftersom rymdskeppet upptäckte jet i mer än två timmar, måste återanslutningen ha varit nästan stabil under åtminstone den tidsperioden. Ytterligare 27 storskaliga återanslutningshändelser? med tillhörande strålar - identifierades av ACE och vind, varav fyra sträckte sig över 50 jorddiametrar, eller 650 000 kilometer (cirka 400 000 mil). Tack vare dessa ytterligare uppgifter kunde teamet dra slutsatsen att återanslutning i solvinden ska betraktas som ett utökat och stadigt fenomen.
Arrangemanget den 2 februari 2002 kunde ha varit betydligt större, men rymdskeppet separerades med högst 200 jorddiametrar, så dess verkliga omfattning är okänd. Två nya NASA-uppdrag hjälper till att mäta den faktiska storleken på dessa händelser och undersöka dem mer detaljerat. Uppdraget Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO), planerat att sjösättas i maj eller juni 2006, kommer att bestå av två rymdskepp som kretsar runt solen på motsatta sidor av jorden, åtskilda med så mycket som 186 miljoner miles (nästan 300 miljoner kilometer). Deras främsta uppgift är att observera Coronal Mass Ejections, miljontons utbrott av elektrisk laddad gas från solen, i tre dimensioner. Rymdskeppet kan emellertid också kunna upptäcka magnetiska återanslutningshändelser som inträffar i solvinden med instrument som mäter magnetfält och laddade partiklar. Magnetospheric Multi-Scale Mission (MMS), planerat för lansering 2013, kommer att använda fyra identiska rymdskepp i olika jordbanor för att utföra detaljerade studier av orsaken till magnetisk återanslutning i jordens magnetosfär.
Originalkälla: NASA News Release
