Van Allen bælterne og den store elektron flugt

I løbet af 1950'erne og lige inden det store "Space Race" begyndte, havde forskere som Kristian Birkeland, Carl Stormer og Nicholas Christofilos holdt øje med en teori - en, der involverede fangede, ladede partikler i en ring omkring Jorden. Denne plasmadonke, der blev holdt på plads af vores planetes magnetfelt, blev senere bekræftet af de første tre Explorer-missioner under ledelse af Dr. James Van Allen. Brændstof med måske solvind eller kosmiske stråler var viden om deres eksistens de ting af mareridt for en uniformeret offentlighed. Mens "strålingen" kan påvirke genstande, der passerer gennem den, når den ikke Jorden, og denne erkendelse hurtigt forårsagede frygt for at dø. Der er dog stadig mange ubesvarede spørgsmål om Van Allen-strålingsremme, der mystificerer moderne videnskab.

I årenes løb har vi lært, at disse strålingszoner består af elektroner og energiladede partikler. Vi har dokumenteret, at de både kan krympe og kvælde i henhold til mængden af ​​solenergi, de modtager, men det forskere ikke har været i stand til at præcisere, er nøjagtigt, hvad der forårsager disse svar. Partikler kommer og partikler går - men der er ikke et solidt svar uden bevismateriale. Et relevant spørgsmål har været at afgøre, om partikler slipper ud i det interplanetære rum, når bælterne krymper - eller falder de til Jorden? Indtil nu har det været en gåte, men en ny undersøgelse, der beskæftiger flere rumfartøjer på samme tid, har været at spore partiklerne og følge stien op.

”I lang tid troede man, at partikler ville falde nedad fra bælterne,” siger Drew Turner, en videnskabsmand ved University of California, Los Angeles, og førsteforfatter på et papir om disse resultater, der vises online i Nature Physics i januar 29, 2012. ”Men for nylig teoretiserede forskere, at måske partikler kunne feje udad. Vores resultater for denne begivenhed er klare: Vi oplevede ingen stigning i nedbør. ”

Dette er dog ikke kun et simpelt svar på enkle spørgsmål. At forstå partiklenes bevægelse kan spille en kritisk rolle i beskyttelsen af ​​vores satellitsystemer, når de passerer gennem Van Allen Bælterne - og dens vidtrækkende strålingsudvidelser. Som vi ved, producerer Solen rigelige mængder af ladede partikler i stjernevindene og - til tider - kan sprænge i vores retning under koronal masseudsprøjtning (CME'er) eller chokfronter forårsaget af hurtige solvinde, der overhaler langsommere vinde kaldet co-roterende interaktionsregioner -CIRs). Når de ledes vores vej, forstyrrer de Jordens magnetosfære i en begivenhed kendt som en geomagnetisk storm. Under en ”storm” er det blevet kendt, at strålingsbåndpartiklerne formindskes og tømmes båndet inden for timer… en udtømning, der kan vare i dage. Mens dette er dokumenteret, ved vi simpelthen ikke årsagen, meget mindre hvad der får partiklerne til at forlade!

For at få et fastere greb om, hvad der sker, kræves flere rumfartøjer, der måler ændringerne på flere punkter på samme tid. Dette gør det muligt for forskere at afgøre, om en handling, der sker et sted påvirker et andet andet sted. Mens vi ser frem til resultaterne af Radiation Belt Storm Probes (RBSP), er det ikke planlagt at blive lanceret før i august 2012. I mellemtiden har forskere kombineret data fra to vidt adskilte rumfartøjer for at få en hurtig afgørelse af, hvad der sker under en tabshændelse.

”Vi er på vej ind i en æra, hvor multi-rumfartøjer er nøglen,” siger Vassilis Angelopoulos, rumforsker ved UCLA, og den vigtigste efterforsker for TEMIS og en medforfatter på papiret. ”At være i stand til at forene en flåde med tilgængelige ressourcer i en undersøgelse bliver mere en nødvendighed for at vende et hjørne i vores forståelse af Jordens miljø.”

Så hvor kom disse tidlige supportoplysninger fra? Heldigvis var teamet i stand til at observere en lille geomagnetisk storm, der opstod den 6. januar 2011. Ved at inddrage de tre NASA THEMIS (Time History of Events og Macroscale Interactions under Substorms) rumfartøj, to GOES (Geostationary Operational Environment Satellite), drevet af National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) og seks POES (Polar Operational Environmental Satellite), drevet i fællesskab af NOAA, og Den Europæiske Organisation for Udnyttelse af Meteorologiske Satellitter (EUMETSAT) rumfartøj, de var i stand til at fange elektroner, der bevæger sig tæt på lysets hastighed, da de faldt ud af bæltet i over seks timer. Omkring jordens ækvatoriske zoner, THEMIS og GOES rumfartøj er bare en del af holdet. POES-rumfartøjet passerer gennem strålingsbæltene flere gange om dagen, når det krydstogter i lavere højde og nær polerne. Ved at kombinere data kunne forskerne tage flere observationsmæssige udsigtspunkter og beviste - uden tvivl -, at partiklerne forlod bæltet ved hjælp af rummet og ikke vendte tilbage til Jorden.

”Dette var en meget enkel storm,” siger Turner. "Det er ikke et ekstremt tilfælde, så vi synes, det er sandsynligvis temmelig typisk for, hvad der sker generelt og løbende resultater fra samtidige statistiske studier understøtter dette."

I løbet af denne periode observerede rumfartøjet også et område med lav tæthed af Van Allen-bælterne, der optrådte langs periferien og rejste indad. Dette syntes at være en indikation af, at partiklerne var udad bundet. Hvis dette var en normal forekomst, er det en grund til, at en type "bølge" skal hjælpe bevægelsen, så partiklerne kan nå den ydre flugtgrænse. At finde ud af, hvad der præcist udløser denne flugtmekanisme, vil være et af jobne for RBSP, siger David Sibeck ved NASA's Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., Der er NASAs mission forsker for RBSP og projektforsker for TEMIS.

”Denne form for forskning er en nøgle til at forstå og til sidst forudsige farlige begivenheder i jordens strålingsbælter,” siger Sibeck. "Det er et fantastisk omfattende eksempel på, hvad vi kan forvente at se under den kommende RBSP-mission."

Original historiekilde: NASA THEMIS Nyhedsmeddelelse.