Van Allen-bælterne pulserer fra solpartikler. Billedkredit: NASA / Tom Bridgman. Klik for at forstørre
En "sikker zone" i strålingsbælterne, der omgiver Jorden, bevæger sig højere i højde og breddegrad under toppe i solaktivitet, ifølge ny forskning fra et NASA-ledet team. Den sikre zone tilbyder reducerede strålingsintensiteter til ethvert potentielt rumfartøj, der skal flyve i strålingsbælteområdet.
"Denne nye forskning bringer os tættere på at forstå, hvordan et afsnit af strålingsbeltet forsvinder," sagde Dr. Shing Fung fra NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Fung er hovedforfatter af et dokument om denne forskning, der vises i on- lineversion af geofysiske forskningsbreve 22. februar.
Holdet baserede sine resultater på målinger af højhastighedspartikler (elektroner), der omfatter “Van Allen strålingsbælte” fra National Oceanic and Atmospheric Administration's serie polar-kredsende meteorologiske rumfartøjer i 1978 til 1999. Da rumfartøjet fløj ind deres polære kredsløb, de opdagede færre strålingsbåndpartikler i et vist breddegradsområde, hvilket indikerede sikre zonepassager ved rumfartøjet. Forskerne sammenlignede de data, der blev taget i relativt lave solaktivitetsperioder, kaldet solminimum, med data fra spidsbelastede solaktivitetsperioder, kaldet solmaksimum. De bemærkede en forskydning i den sikre zone placering mod højere breddegrader og derfor højder under solmaksimum.
Hvis strålingsbælterne var synlige, ville de ligne et par donuts omkring Jorden, den ene inde i den anden med Jorden i ”hullet” i den inderste donut. Den sikre zone, kaldet “slotregionen”, ville fremstå som et mellemrum mellem den indre og den ydre donut. Bælterne består faktisk af højhastigheds elektrisk ladede partikler (elektroner og atomkerner), der er fanget i jordens magnetfelt.
Jordens magnetfelt kan repræsenteres af magnetlinjer, der kommer ud fra det sydpolære område, ud i rummet og tilbage ind i det nordpolige område. Fordi strålingsbåndpartikler lades, styres deres bevægelser af magnetiske kraftlinjer. Fangede partikler sprang mellem polerne, mens de spiraliseres rundt om feltlinjerne.
Radiobølger med meget lav frekvens (VLF) og baggrundsgas (plasma) er også fanget i dette område. Ligesom et prisme, der kan bøje en lysstråle, kan plasmaet bøje VLF-bølgeforplantningsvejen, hvilket får bølgerne til at strømme langs Jordens magnetfelt. VLF-bølger rydder den sikre zone ved at interagere med strålingsbåndpartiklerne, fjerne lidt af deres energi og ændre deres retning. Dette sænker stedet over de polære områder, hvor partiklerne hopper (kaldet spejelpunktet). Til sidst bliver spejelpunktet så lavt, at det er i Jordens atmosfære. Når dette sker, kolliderer de fangede partikler med atmosfæriske partikler og går tabt.
Ifølge teamet oprettes den sikre zone i en region, hvor forholdene er gunstige for VLF-bølgerne til at sparke partiklerne. Deres forskning er den første indikation af, at placeringen af denne region kan ændre sig med solaktivitetscyklussen. Solen gennemgår en 11-årig cyklus af aktivitet, fra maksimum til minimum, og tilbage igen. Under solmaksimalt opvarmer øget sol-ultraviolet (UV) stråling jordens øvre atmosfære, ionosfæren, hvilket får den til at udvide sig. Dette øger densiteten af plasmaet fanget i Jordens magnetfelt.
Gunstige betingelser for VLF-bølge-partikelinteraktion afhænger af den specifikke kombination af plasmatæthed og magnetfeltstyrke. Selv om plasmatætheden generelt falder med højden, udvider ionosfæren under solmaksimum plasmatætheden i den sikre zons sol-minimale højde og tvinger den gunstige plasmatæthed for den sikre zone til at migrere til en højere højde. Derudover mindskes magnetfeltstyrken med højden. For at finde den gunstige magnetfeltstyrke for den sikre zone i højere højder, er man nødt til at migrere mod polerne (højere breddegrader), hvor magnetfeltlinjerne er mere koncentrerede og dermed stærkere.
"Denne opdagelse hjælper med at indsnævre søgningen efter det primære interaktionsområde for bølgefartikler, der skaber den sikre zone," sagde Fung. ”Selvom intet kendt rumfartøj bruger den sikre zone i vid udstrækning nu, kunne vores viden hjælpe med at planlægge og betjene fremtidige missioner, der ønsker at drage fordel af zonen.”
Ifølge forskerne blev deres opdagelse muliggjort af et nyt dataudvælgelses- og genvindingsværktøj udviklet af teamet, kaldet Magnetospheric State Query System. Forskningen blev finansieret af NASA og National Research Council. Holdet inkluderer Fung, Dr. Xi Shao (National Research Council, Washington) og Dr. Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Md.).
Original kilde: NASA News Release
