Sagen om de relativistiske partikler løst med NASA -missioner

Omkring Jorden er to enorme ringe - kaldet Van Allen-strålingsbælterne - af stærkt energiserede ioner og elektroner. Forskellige processer kan accelerere disse partikler til relativistiske hastigheder, som bringer rumfartøjer i fare, der er uheldige nok til at trænge ind i disse gigantiske bånd af skadelig stråling. Forskere havde tidligere identificeret visse faktorer, der kunne få partikler i bælterne til at blive meget energigivende, men de havde ikke vidst, hvilken årsag der dominerer.

Nu, med ny forskning fra NASAs Van Allen-sonder og tidshistorie af hændelser og makroskala-interaktioner under substorms-THEMIS-missioner, udgivet i Geofysiske forskningsbreve , dommen er faldet. Hovedsynderen er en proces kendt som lokal acceleration, forårsaget af elektromagnetiske bølger kaldet korbølger. Opkaldt efter deres karakteristiske stigende toner, minder om kvidrende fugle, korbølger fremskynder partiklerne, der skubber dem frem som en stabil hånd, der gentagne gange skubber et sving. Denne proces var ikke en almindeligt accepteret teori før Van Allen Probes -missionen.

Etablering af hovedårsagen til forbedringerne af strålingsbæltet giver nøgleoplysninger til modeller, der forudsiger rumvejr – og dermed beskytter vores teknologi i rummet.

"Vi har tidligere haft undersøgelser, der ser på individuelle begivenheder, så vi vidste, at lokal acceleration ville være vigtig for nogle af begivenhederne, men jeg synes, det var en overraskelse, hvor vigtig lokal acceleration var, "sagde Alex Boyd, hovedforfatter og forsker ved New Mexico Consortium, Los Alamos, Ny mexico. "Resultaterne adresserer endelig denne hovedkontrovers, vi har haft om strålingsbælterne i en årrække."

Der er to hovedårsager til partikelenergiisering i Van Allen bælterne:radial diffusion og lokal acceleration. Radial diffusion, som ofte opstår under solstorme - kæmpe indstrømning af partikler, energi og magnetiske felter fra solen, som kan ændre vores rummiljø - langsomt og gentagne gange skubber partikler tættere på Jorden, hvor de får energi fra de magnetiske felter, de møder. Mange videnskabsmænd havde længe troet, at dette var det primære, eller endda kun, årsag til energisering.

Imidlertid, tidligt i sin mission, Van Allen Probes viste, at lokal acceleration, som er forårsaget af partikler, der interagerer med bølger af svingende elektriske og magnetiske felter, kan også give energi til partiklerne. Den nye forskning, som så på næsten hundrede begivenheder over næsten fem år, viser, at disse bølge-partikel-interaktioner er ansvarlige for at aktivere partikler omkring Jorden 87 procent af tiden.

Forskerne vidste, at lokal acceleration var på arbejde, fordi de observerede bjerge af energiske partikler, der voksede ét sted, som den lokale accelerationsmekanisme forudsiger, snarere end at glide mod Jorden, som diffusion ville.

Det er en stor procentdel for en proces, der ikke blev opfattet som en stærk kandidat selv for fem år siden. "Radial diffusion er bestemt vigtig for strålingsbælterne, men bølge-partikel-interaktioner er meget vigtigere, end vi var klar over, "sagde Geoff Reeves, medforfatter ved New Mexico Consortium.