Tusentals mil över jorden, rymdväder regler. Det är ett till synes tomt och ensamt ställe - ett där ett mysterium som kallas "kall plasma" har hittats i överflöd och mycket väl kan ha konsekvenser för vår anslutning till solen. Även om det har förblivit praktiskt taget dold, har svenska forskare skapat en ny metod för att mäta dessa kalla, laddade joner. Med bevis på att fler där än en gång har trott, kan dessa nya resultat mycket väl ge oss ledtrådar om vad som händer kring andra planeter och deras naturliga satelliter.
"Ju mer du letar efter lågenergiska joner, desto mer hittar du," sa Mats Andre, professor i rymdfysik vid Svenska Institutet för rymdfysik i Uppsala, Sverige, och ledare för forskargruppen vars resultat har accepterats för publicering i Geophysical Research Letters, en tidskrift för American Geophysical Union. ”Vi visste inte hur mycket som var där ute. Det är mer än ens jag trodde. "
Var kommer denna gåta härifrån? Joner med låg energi börjar i den övre delen av vår atmosfär som kallas jonosfären. Här kan solenergi ta bort elektroner från molekyler, vilket lämnar atomer som syre och väte med en positiv laddning. Att fysiskt hitta dessa joner har emellertid varit problematiskt. Medan forskare visste att de fanns i höjder på cirka 100 kilometer (60 mil), satt Andre och kollega Chris Cully sina platser högre - mellan 20 000 och 100 000 km (12 400 till 60 000 mil). Vid kanten varierar mängden kalla joner mellan 50 till 70% ... vilket utgör det mesta av utrymmet.
Men det är inte det enda stället som kall plasma har hittats. Enligt forskningssatellitdata och beräkningar har vissa höghöjdszoner kontinuerligt lågenergijoner. Så långt som det kanske låter har teamet också upptäckt dem i 100 000 km höjder! Enligt Andre är det överraskande att upptäcka så många relativt svala joner i dessa regioner eftersom det finns så mycket energi som träffar jordens höga höjder från solvinden - en varm plasma ungefär 1 000 gånger varmare än vad Andre anser vara kallt. Hur kallt? ”Lågenergijonerna har en energi som skulle motsvara cirka 500 000 grader Celsius (ungefär en miljon grader Fahrenheit) vid typiska gasdensiteter som finns på jorden. Men eftersom tätheten för jonerna i rymden är så låg, kan satelliter och rymdskepp kretsa utan att spridas i lågor. "
Det är en svår uppgift att hitta dessa lågenergiska joner och mäta hur mycket material som lämnar vår atmosfär. Andre's workshop är en satellit och ett av de fyra rymdskeppet European Space Agency CLUSTER. Den innehåller en detektor skapad av en fin tråd som mäter det elektroniska fältet mellan dem under satellitrotation. Men när data samlades in hittade forskarna ett par mysterier - starka elektriska fält i oväntade rymdsområden och elektriska fält som inte svängde jämnt.
"För en forskare såg det ganska fult ut," sa Andre. ”Vi försökte ta reda på vad som var fel med instrumentet. Då insåg vi att det inte är något fel med instrumentet. ” Det de hittade öppnade ögonen. Kall plasma förändrade arrangemanget för de elektriska fälten som omger satelliten. Detta fick dem att inse att de kunde använda sina fältmätningar för att validera närvaron av kall plasma. "Det är ett smart sätt att förvandla begränsningarna för en rymdskeppsbaserad detektor till tillgångar," sa Thomas Moore, seniorprojektforskare för NASA: s Magnetospheric Multiscale-uppdrag vid Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Han var inte involverad i den nya forskningen.
Genom dessa nya tekniker kan vetenskapen mäta och kartlägga jordens kalla plasthölje - och lära sig mer om hur både varm och kall plasma förändras under extrema rymdväderförhållanden. Denna forskning pekar på en bättre förståelse av andra atmosfärer än våra egna. För närvarande visar de nya mätningarna ungefär ett kilo (två pund) kall plasma flykt från jordens atmosfär varje sekund. Genom att ha en solid siffra som grund för förlusthastighet kan forskare kunna modellera vad som blev av Mars atmosfär - eller förklara atmosfär runt andra planeter och månar. Det kan också hjälpa till med mer exakta rymdväderprognoser - även om det inte direkt påverkar miljön själv. Det är en nyckelspelare, även om den inte orsakar själva skadan. "Du kanske vill veta var lågtrycksområdet är, för att förutse en storm," konstaterade Andre.
Att modernisera rymdväderprognoser där det liknar vanliga väderprognoser var "inte ens möjligt på fjärran om du saknar det mesta av din plasma", sa Moore med NASA. Med ett sätt att mäta kall plasma är målet med högkvalitativa prognoser ett steg närmare. "Det är saker vi inte kunde se och inte kunde upptäcka, och sedan plötsligt kunde vi mäta det," sade Moore om lågenergijonerna. "Nu kan du faktiskt studera det och se om det stämmer med teorierna."
Original berättelse Källa: American Geophysical Union News Release. För vidare läsning: Joner med låg energi: En tidigare dold solcellssystempartikelpopulation.
