Relativistiske elektroner afdækket med NASAs Van Allen Probes

Jordens strålingsbælter, to doughnut-formede områder af ladede partikler, der omkranser vores planet, blev opdaget for mere end 50 år siden, men deres adfærd er stadig ikke helt forstået. Nu, nye observationer fra NASAs Van Allen Probes-mission viser, at den hurtigste, de fleste energiske elektroner i det indre strålingsbælte er ikke til stede så meget af tiden som tidligere antaget. Resultaterne præsenteres i et papir i Journal of Geophysical Research og viser, at der typisk ikke er så meget stråling i det indre bælte som tidligere antaget - gode nyheder for rumfartøjer, der flyver i regionen.

Tidligere rummissioner har ikke været i stand til at skelne elektroner fra højenergiprotoner i det indre strålingsbælte. Men ved at bruge et specielt instrument, det magnetiske elektron- og ionspektrometer - MagEIS - på Van Allen-sonderne, forskerne kunne se på partiklerne hver for sig for første gang. Det, de fandt, var overraskende - der er normalt ingen af ​​disse superhurtige elektroner, kendt som relativistiske elektroner, i det indre bælte, i modsætning til hvad forskerne forventede.

"Vi har vidst i lang tid, at der er disse virkelig energiske protoner derinde, som kan forurene målingerne, men vi har aldrig haft en god måde at fjerne dem fra målingerne før nu, " sagde Seth Claudepierre, hovedforfatter og Van Allen Probes videnskabsmand ved Aerospace Corporation i El Segundo, Californien.

Af de to strålingsbælter, videnskabsmænd har længe forstået, at det ydre bælte var det bøllede. Under intense geomagnetiske storme, når ladede partikler fra solen suser hen over solsystemet, det ydre strålingsbælte pulserer dramatisk, vokser og krymper som reaktion på trykket fra solpartiklerne og magnetfeltet. I mellemtiden det indre bælte holder en stabil position over Jordens overflade. De nye resultater, imidlertid, viser, at sammensætningen af ​​det indre bælte ikke er så konstant, som forskerne havde antaget.

Normalt, det indre bælte er sammensat af højenergiprotoner og lavenergielektroner. Imidlertid, efter en meget kraftig geomagnetisk storm i juni 2015, relativistiske elektroner blev skubbet dybt ind i det indre bælte.

Resultaterne var synlige på grund af den måde, MagEIS blev designet på. Instrumentet skaber sit eget indre magnetiske felt, som gør det muligt at sortere partikler baseret på deres ladning og energi. Ved at adskille elektronerne fra protonerne, forskerne kunne forstå, hvilke partikler der bidrog til populationen af ​​partikler i det indre bælte.

"Når vi omhyggeligt behandler dataene og fjerner forureningen, vi kan se ting, som vi aldrig har været i stand til at se før, " sagde Claudepierre. "Disse resultater ændrer totalt den måde, vi tænker på strålingsbæltet ved disse energier."

I betragtning af stormenes sjældenhed, som kan injicere relativistiske elektroner i det indre bælte, forskerne forstår nu, at der typisk er lavere niveauer af stråling der - et resultat, der har konsekvenser for rumfartøjer, der flyver i regionen. At vide præcis, hvor meget stråling der er til stede, kan gøre det muligt for forskere og ingeniører at designe lettere og billigere satellitter, der er skræddersyet til at modstå de mindre intense strålingsniveauer, de vil støde på.

Ud over at give et nyt syn på design af rumfartøjer, resultaterne åbner et nyt område for videnskabsmænd at studere næste gang.

"Dette åbner muligheden for at lave videnskab, som tidligere ikke var muligt, " sagde Shri Kanekal, Van Allen Probes stedfortrædende missionsforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, ikke involveret i undersøgelsen. "For eksempel, vi kan nu undersøge, under hvilke omstændigheder disse elektroner trænger ind i det indre område og se, om mere intense geomagnetiske storme giver elektroner, der er mere intense eller mere energiske."