Stort rummysterium løst ved hjælp af data fra elevsatellit

Et 60 år gammelt mysterium vedrørende kilden til nogle energiske og potentielt skadelige partikler i Jordens strålingsbælter er nu løst ved hjælp af data fra en satellit i skoæskestørrelse bygget og drevet af University of Colorado Boulder-studerende.

Resultaterne fra det nye studie indikerer, at energiske elektroner i Jordens indre strålingsbælte - primært nær dens inderste kant - er skabt af kosmiske stråler født fra eksplosioner af supernovaer, sagde undersøgelsens hovedforfatter, Professor Xinlin Li fra CU Boulder's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP). Jordens strålingsbælter, kendt som Van Allen bælterne, er lag af energiske partikler, der holdes på plads af Jordens magnetfelt.

Holdet viste, at under en proces kaldet "cosmic ray albedo neutron decay" (CRAND), kosmiske stråler, der kommer ind i Jordens atmosfære, kolliderer med neutrale atomer, skabe et "sprøjt", som producerer ladede partikler, inklusive elektroner, som bliver fanget af Jordens magnetfelter. Resultaterne har implikationer for forståelsen og bedre forudsigelse af ankomsten af ​​energiske elektroner i det nære Jord-rum, som kan beskadige satellitter og true sundheden for rumgående astronauter, sagde Li.

"Vi rapporterer den første direkte påvisning af disse energiske elektroner nær den inderste kant af Jordens strålingsbælte, " sagde Li, også professor i CU-Boulders afdeling for rumfartsingeniørvidenskab. "Vi har endelig løst et seks årtier langt mysterium." Et papir om emnet blev offentliggjort i nummeret 13. december af Natur . Undersøgelsen blev primært finansieret af National Science Foundation.

Kort efter opdagelsen af ​​Van Allens strålingsbælter i 1958, både amerikanske og russiske videnskabsmænd konkluderede, at CRAND sandsynligvis var kilden til højenergiprotoner fanget i Jordens magnetfelt. Men i løbet af de mellemliggende årtier, ingen har med succes opdaget de tilsvarende elektroner, der skulle produceres under neutronhenfaldet.

CubeSat missionen, kaldet Colorado Student Space Weather Experiment (CSSWE), huser en lille, energetisk partikelteleskop til at måle fluxen af ​​solenergiske protoner og Jordens strålingsbælteelektroner. Lanceret i 2012, CSSWE har involveret mere end 65 CU Boulder-studerende og blev drevet i mere end to år fra en jordstation, de byggede på taget af en LASP-bygning på campus.

Instrumentet på CSSWE, kaldet den relativistiske, Elektron- og protonteleskop integreret lille eksperiment (REPTile) er en mindre version af REPT, tvillinginstrumenter udviklet af et CU Boulder-team ledet af LASP-direktør og Nature-papirmedforfatter Daniel Baker, der blev lanceret på NASAs Van Allen Probes-mission i 2012.

"Dette er virkelig et smukt resultat og en stor indsigt afledt af en bemærkelsesværdig billig elevsatellit, illustrerer, at gode ting kan komme i små pakker, " sagde Baker. "Det er en stor opdagelse, der har været der hele tiden, en demonstration af, at Yogi Berra havde ret, da han bemærkede 'Du kan observere meget bare ved at kigge'."

"Disse resultater afslører, for første gang, hvordan energetisk ladede partikler i det nær-jordiske rummiljø skabes, " sagde Irfan Azeem, en programdirektør i NSF's Afdeling for Atmosfærisk og Geospace Sciences.

"Resultaterne vil markant forbedre vores forståelse af jord-rum-miljøet, " sagde Azeem. "Det er spændende at se NSF-finansierede CubeSats bygget af bachelor- og kandidatstuderende i centrum for en betydelig videnskabelig opdagelse."