Skitse af de forskellige regioner i jordens magnetosfære. Klik for at forstørre
ESAs Cluster-rumfartøj var på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt, da de fløj gennem et område af jordens magnetfelt, der accelererer elektroner til cirka 1/100 af lysets hastighed. Regionen kaldes elektrondiffusionsregionen; en grænse på bare et par kilometer tyk mellem jordens magnetfelt og solens. I løbet af en time blev rumfartøjet indviklet i et elektrondiffusionsområde, da solvinden fik dette lag til at bevæge sig frem og tilbage.
ESAs klyngesatellitter er fløjet gennem regioner i jordens magnetfelt, der accelererer elektroner til cirka en hundredeedel af lysets hastighed. Observationer præsenterer Cluster-forskere med deres første opdagelse af disse begivenheder og giver dem et kig på detaljerne i en universel proces, der er kendt som magnetisk genforbindelse.
Den 25. januar 2005 fandt de fire Cluster-rumfartøjer sig på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt: et område i rummet kendt som en elektrondiffusionsregion. Det er en grænse på bare et par kilometer tyk, der forekommer i en højde af cirka 60 000 kilometer over jordoverfladen. Det markerer grænsen mellem Jordens magnetfelt og Solens. Solens magnetiske felt føres til jorden af en vind af elektrisk ladede partikler, kendt som solvinden.
Et elektrondiffusionsområde er som en elektrisk switch. Når den vippes, bruger den energi, der er lagret i solens og jordens magnetiske felter til at varme de elektrisk ladede partikler i dens nærhed til store hastigheder. På denne måde indleder den en proces, der kan resultere i oprettelsen af auroraen på Jorden, hvor hurtigt bevægende ladede partikler kolliderer med atmosfæriske atomer og får dem til at gløde.
Der er også en mere uhyggelig side til elektrondiffusionsregionerne. De accelererede partikler kan beskadige satellitter ved at kollidere med dem og forårsage elektriske ladninger. Disse kortslutning og ødelægger følsomt udstyr.
19 gange på en time fandt Cluster-kvartetten sig indlejret i et elektrondiffusionsregion. Dette skyldtes, at solvinden buffede grænselaget, hvilket fik den til at bevæge sig frem og tilbage. Hver krydsning af elektrondiffusionsregionen varede kun 10-20 millisekunder for hvert rumfartøj, og alligevel var et unikt instrument, kendt som Electron Drift Instrument (EDI), hurtigt nok til at måle de accelererede elektroner.
Observationen er vigtig, fordi den giver de mest komplette målinger endnu af et elektrondiffusionsregion. ”Ikke engang de bedste computere i verden kan simulere elektrondiffusionsregioner; de har bare ikke computerkraften til at gøre det, ”siger Forrest Mozer, University of California, Berkeley, der førte efterforskningen af klyngedataene.
Dataene giver uvurderlig indsigt i processen med magnetisk tilslutning igen. Fænomenet forekommer i hele universet på mange forskellige skalaer, hvor som helst der er sammenfiltrede magnetiske felter. I disse komplekse situationer kollapser magnetfeltene lejlighedsvis i mere stabile konfigurationer. Dette er genforbindelsen og frigiver energi gennem elektrondiffusionsregioner. På solen driver magnetisk tilslutning solens brænder, der lejlighedsvis frigiver enorme mængder energi over solflekker.
Dette arbejde kan også have en vigtig betydning for at løse energibehov på Jorden. Atomfysikere, der prøver at opbygge fusionsgeneratorer, forsøger at skabe stabile magnetiske felter i deres reaktorer, men er plaget af genforbindelsesbegivenheder, der ødelægger deres konfigurationer. Hvis processen med tilslutning igen kan forstås, vil måske måder at forhindre den i atomreaktorer blive klare.
Det ligger dog stadig i fremtiden. ”Vi er nødt til at gøre meget mere videnskab, inden vi fuldt ud forstår genforbindelse,” siger Mozer, hvis mål nu er at forstå, hvilke solvindforhold der udløser genforbindelsesbegivenhederne og deres tilknyttede elektrondiffusionsregioner set af Cluster.
Originalkilde: ESA Portal
