Billedkredit: NASA
Ny forskning viser, at elektroner kan surfe på magnetiske bølger drevet af solvinden og få accelereret til det punkt, de kan forårsage nogen alvorlig skade på rumfartøjer, der kredser rundt om Jorden. Processen er et resultat af samspillet mellem Jordens magnetfelt og udsving i solvindens densitet. Efterhånden som solvindvindens densitet ændrer sig, får den bølger i magnetfeltet til at rive tilbage til Jorden. Elektroner kan blive fanget i disse krusninger og surfe tilbage til jorden så hurtigt, at de kan skade delikat elektronik i rummet.
"Killer" -elektroner, der er i stand til at ødelægge rum i rumskibsfart, kan "surfe" magnetiske bølger drevet af solvinden, ifølge et team af rumforskere.
Holdet fra Boston University og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) kombinerede observationer fra NASA og NOAA rumfartøj for at identificere et fænomen, der forklarer, hvordan solvinden skaber bølger i Jordens magnetfelt (magnetosphere). Almindelige elektroner, der kredser rundt om Jorden i Van Allen-strålingsbælterne, kan boogyboard bølgerne, accelerere til nær lysets hastighed, med energier 300-500 gange større end elektronerne i en tv-skærm.
Solvinden er en strøm af elektrisk ladede partikler, der konstant blæses fra solen. Magnetosfæren er et hulrum, der dannes, når solvinden støder på jordens magnetfelt. Når solvindtætheden er høj og kommer op mod magnetosfæren, bliver magnetosfæren komprimeret. Når vindtætheden er lav, udvides magnetosfæren. Forskerne opdagede, at solvinden indeholder periodiske strukturer med høj og lav tæthed, der driver en periodisk ”vejrtrækning” -virkning af magnetosfæren og den globale generation af magnetiske bølger.
Det er kendt, at hvis frekvensen af disse bølger matcher frekvensen af elektronerne i deres bevægelse i Van Allen-bæltet, kan elektronerne accelereres, hvilket øger deres energi markant. Processen ligner en boogyboarder, der fanger en bølge. Nogle elektroner "kører på bølgen" og får så meget energi, at de derefter kan skade dyre rumfartøjer.
”Hvis vi kan bekræfte dette som en betydelig mekanisme til at fremstille bølgerne, der fremskynder 'dræber' -elektroner, kunne forskere, der bruger data fra satellitter som Wind, udvikle en advarsel for rumfartøjsoperatører om, at deres rumfartøj kan være i fare for overdreven og skadelig stråleeksponering, ”Sagde Dr. Barbara Giles, projektforsker for det polære rumfartøj ved NASAs Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Når elektroner bliver så energiske, kan de trænge ind i rumfartøjets indre. Når de først er inde i elektroniske dele, bygger de op statisk elektricitet, der kan kortslutte en kritisk del eller sætte rumfartøjet i en dårlig driftsform.
”Det, der er nyt og spændende ved denne forskning, er, at folk altid havde kigget efter mekanismer, der er interne i magnetosfæren til at generere disse bølger,” sagde Dr. Larry Kepko, forskningsmedarbejder ved Boston University og hovedforfatter af to artikler om denne forskning, der blev offentliggjort i Journal of Geophysical Research i juni 2003 og den anden i Geophysical Research Letters i 2002. ”Men her har vi fundet en ekstern mekanisme - selve solvinden.”
NASAs polar- og vindsatellitter sammen med NOAAs Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) gav de vigtigste observationer, der førte teamet til denne konklusion. Polar bekræftede, at bølgerne ikke er lokale, men globale. Vindsatellitten var den primære kilde til at identificere densitetsstrukturer i solvinden, der driver magnetosfæren. GOES leverede data om jordens magnetosfære, da den steg og faldt i størrelse.
”Vi vidste allerede, at solvinden har densitetsstrukturer, og at magnetiske bølger kan fremskynde elektroner,” sagde Dr. Harlan Spence, lektor i astronomi ved Boston University og medforfatter til de to artikler om denne forskning. ”Det, vi ikke vidste, var, at solvindkonstruktionerne kan være periodiske og drive magnetiske bølger. Disse nye observationer kan muligvis give en manglende forbindelse mellem de to. ”
Den ultimative kilde til disse nyopdagede solvindkonstruktioner er stadig et mysterium, men teamet spekulerer i, at solen måske spiller en direkte rolle. ”Solvarmets tæthedsvariationer styres delvist af mønsteret af magnetisk genforbindelse, drejning og knapning af magnetfeltlinjer på solens overflade,” siger Dr. ”Genforbindelse, der finder sted på en systematisk, periodisk måde, kan producere de observerede periodiske densitetsstrukturer i solvinden. Der er nogle beviser for, at dette kan forekomme, men yderligere forskning er påkrævet for at etablere et endeligt link. ”
Van Allen-strålingsremme blev opdaget i 1958 af Dr. James Van Allen og hans team på University of Iowa med Explorers 1 og 3, de første satellitter, der blev lanceret af De Forenede Stater. De er bælter af elektrisk ladede partikler fanget af Jordens magnetfelt. Da partiklerne er elektrisk ladede (for det meste protoner og elektroner), føler de magnetiske kræfter og er begrænset til spiral omkring usynlige magnetiske kraftlinjer, der omfatter Jordens magnetfelt. Der er faktisk to donutformede bælter i Van Allen-systemet, den ene inde i den anden med Jorden i ”hullet” i det indre bælte. Det indre bælte, der består af højhastighedsprotoner, er placeret i højder mellem 430 og 7.500 mil (ca. 700 til 12.000 km) over Jorden. Det ydre bælte er lavet af højhastighedselektroner og vises i højder mellem 15.500 og 25.000 miles (ca. 25.000 til 40.000 km) over Jorden. Rumfartøjsoperatører forsøger at undgå kredsløb i disse regioner, men nogle gange er disse højder bedst til en bestemt mission, eller rumfartøjet skal passere gennem bælterne under en del af sin bane eller til at slippe helt ud af Jorden.
NASAs polar- og vindsatellitter, sammen kendt som ”Global Geospace Science Program”, er dedikeret til at hjælpe forskere med at forstå, hvordan partikler og energi fra solen strømmer gennem og interagerer med jordens rummiljø.
NOAA er dedikeret til at indsamle data om oceanerne, atmosfæren, rummet og solen. Dets GOES-satellitsystem er det grundlæggende element i amerikansk vejrovervågning og -prognose. Dr. Howard Singer fra NOAA er en tredje medforfatter til 2002-papiret om denne forskning.
Original kilde: NASA News Release
