Kunstnerens illustration af ESAs Cluster-rumfartøj flyder over Jorden. Billedkredit: ESA Klik for større billede
ESAs Cluster-mission har afsløret en ny oprettelsesmekanisme af 'killer electrons' - stærkt energiske elektroner, der er ansvarlige for at skade satellitter og udgøre en alvorlig fare for astronauter.
I løbet af de sidste fem år har en række opdagelser ved hjælp af multi-rumfartøjet Cluster-mission markant forbedret vores viden om, hvor og under hvilke betingelser disse dræberelektroner oprettes i Jordens magnetosfære.
Tidlige satellitmålinger i 1950'erne afslørede eksistensen af to permanente ringe af energiske partikler omkring Jorden.
Normalt kaldet 'Van Allen strålingsbælter', er de fyldt med partikler fanget af Jordens magnetfelt. Observationer viste, at det indre bælte indeholder en ret stabil population af protoner, mens det ydre bælte hovedsageligt er sammensat af elektroner i en mere variabel mængde.
Nogle af de ydre bælteelektroner kan accelereres til meget høje energier, og det er disse ‘dræberelektroner’, der kan trænge gennem tyk afskærmning og beskadige følsom satellitelektronik. Dette intense strålingsmiljø er også en trussel mod astronauter.
I lang tid har forskere forsøgt at forklare, hvorfor antallet af ladede partikler inde i bælterne varierer så meget. Vores store gennembrud kom, da to sjældne rumstorme næsten forekom back-to-back i oktober og november 2003.
Under stormene blev en del af Van Allen-strålingsbåndet drænet for elektroner og derefter reformeret meget tættere på Jorden i en region, der normalt anses for at være relativt sikker for satellitter.
Da strålingsbælterne blev reformeret, steg de ikke i henhold til en langvarig teori om partikelacceleration, kaldet 'radial diffusion'. Radial diffusionsteori behandler Jordens magnetfeltlinjer som at være som elastiske bånd.
Hvis båndene plukkes, vingler de. Hvis de vingler med samme hastighed som partiklerne, der driver rundt om Jorden, kan partiklerne køres over magnetfeltet og accelereres. Denne proces er drevet af solaktivitet.
I stedet brugte et team af europæiske og amerikanske videnskabsfolk ledet af Dr. Richard Horne fra British Antarctic Survey, Oxford, UK, data fra Cluster og jordmodtagere i Antarktis for at vise, at bølger med meget lav frekvens kan forårsage partikelacceleration og intensivere bælterne.
Disse bølger, kaldet 'kor', er naturlige elektromagnetiske emissioner i lydfrekvensområdet. De består af diskrete elementer med kort varighed (mindre end et sekund), der lyder som kor fra fugle, der synger ved solopgang. Disse bølger er blandt de mest intense i den ydre magnetosfære.
Antallet af 'killer electrons' kan stige med en faktor på tusind ved toppen af en magnetisk storm og i de følgende dage. Intens solaktivitet kan også skubbe det ydre bælte meget tættere på Jorden, og derfor udsættes satellitter i lavere højde for et meget hårdere miljø, end de var designet til.
Radialdiffusionsteorien er stadig gyldig under nogle geofysiske forhold. Før denne opdagelse troede nogle forskere, at koremissioner ikke var tilstrækkelig effektive til at redegøre for reformeringen af det ydre strålingsbælte. Det, Cluster har afsløret, er, at under visse stærkt forstyrrede geofysiske forhold er koremissioner tilstrækkelige.
Takket være Cluster's unikke multipoint-måleevne er de karakteristiske dimensioner af disse korskildeområder blevet estimeret for første gang.
Typiske dimensioner har vist sig at være et par hundrede kilometer i retningen vinkelret på Jordens magnetfelt og et par tusinder af kilometer i den retning, der er parallel med denne.
Imidlertid er de hittil fundne dimensioner baseret på casestudier. ”Under forstyrrede magnetosfæriske forhold danner korskildeområderne lange og smalle spaghettilignende genstande. Spørgsmålet er nu, om disse meget lave vinkelrette vægte er en generel egenskab for kormekanismen, eller bare et specielt tilfælde af de analyserede observationer, ”sagde Ondrej Santolik fra Charles University, Prag, Tjekkiet og hovedforfatter af dette resultat.
På grund af vores øgede afhængighed af rumbaserede teknologier og kommunikation er forståelsen af, hvordan, under hvilke betingelser og hvor disse dræberelektroner oprettes, især i magnetiske stormperioder, af stor betydning.
Originalkilde: ESA Portal
