En ny måde at skabe Saturns strålingsbælter på

Et team af internationale forskere fra BAS, University of Iowa og GFZ German Research Center for Geosciences har opdaget en ny metode til at forklare, hvordan strålingsbælter dannes omkring planeten Saturn.

Omkring Saturn, og andre planeter inklusive Jorden, energisk ladede partikler fanges i magnetfeltet. Her danner de doughnut-formede zoner nær planeten, kendt som strålingsbælter, såsom Van Allen bælterne rundt om Jorden, hvor elektroner rejser tæt på lysets hastighed.

Data indsamlet af NASA Cassini-rumfartøjet, som kredsede om Saturn i 13 år, kombineret med en BAS-computermodel har givet ny indsigt i disse hurtigt bevægende elektroners adfærd. Opdagelsen vælter den accepterede opfattelse blandt rumforskere om de mekanismer, der er ansvarlige for at accelerere elektronerne til så ekstreme energier i Saturns strålingsbælter. Holdets resultater offentliggøres i tidsskriftet Naturkommunikation i denne uge (torsdag den 29. november).

Det har altid været antaget, at omkring Saturn, elektroner accelereres til ekstremt høje energier ved en proces kaldet radial diffusion, hvor elektroner gentagne gange skubbes mod planeten, øge deres energi. En alternativ måde at accelerere elektroner på er deres interaktion med plasmabølger, som det sker rundt om Jorden og Jupiter med Chorus-bølger. Omkring Saturn, Korbølger er blevet afvist som ineffektive; imidlertid, Forfatterne opdagede, at i Saturns unikke miljø, det er en anden form for plasmabølge kaldet Z-mode bølgen, der er kritisk.

Ifølge hovedforfatteren, Dr. Emma Woodfield fra British Antarctic Survey:"Denne forskning er virkelig spændende, fordi højenergielektronerne i strålingsbæltet omkring Saturn altid er blevet antaget at komme fra radial diffusion. Vi har identificeret en anden måde at skabe et strålingsbælte på, som ingen man kendte til før. Denne undersøgelse giver os en bedre forståelse af, hvordan strålingsbælter fungerer på tværs af solsystemet og vil hjælpe modelbyggere med at forudsige rumvejr mere præcist på Jorden, som igen vil beskytte både astronauter og satellitter mod strålingsfarer."

Dr. Emma Woodfield fortsætter:

"Saturn gav os mulighed for rigelige Z-mode bølger, for virkelig at teste, hvad disse bølger kan gøre ved elektronerne i stor skala. Nogle mennesker tror, ​​at planeter bare er kolde klippestykker, der rejser gennem det tomme rum, men måden hver planet interagerer med partiklerne i rummet er kompleks, unik og udsøgt, og at studere dem kan fortælle os om vores egen planet og de sjældne ekstreme begivenheder, der lejlighedsvis forekommer."

Prof Yuri Shprits fra GFZ German Research Center for Geosciences siger:"Jeg tror, ​​det er mest kritisk at forstå de ekstreme strålingsmiljøer på de ydre planeter. Disse undersøgelser giver os en unik mulighed for at evaluere de potentielle ekstremer af terrestrisk rumvejr og at forstå, hvad vejrforholdene i rummet kan være omkring planeter uden for vores solsystem (exoplaneter)".

Holdet konkluderer, at elektronacceleration af Z-mode bølger er hurtigere til at aktivere elektroner i Saturns strålingsbælte end radial diffusion, og begge mekanismer vil arbejde sammen for at opretholde strålingsbæltet ved Saturn.

Dannelse af elektronstrålingsbælter ved Saturn ved Z-mode bølgeacceleration af E.E. Woodfield, R.B. Horne, S.A Glauert, J.D. Menietti, Y.Y. Shprits og W.S. Kurth er udgivet i Naturkommunikation her

Van Allen strålingsbælte

Van Allen strålingsbælterne blev opdaget af den første amerikanske satellit Explorer I, som blev lanceret under det internationale geofysiske år 1957-58. De er sammensat af energiske ladede partikler fanget inde i Jordens magnetfelt, som omgiver Jorden som en ring-doughnut. Energiske elektroner i Jordens Van Allen-strålingsbælter optager to adskilte områder.

• Solsystemets strålingsbælter – Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun har alle stærke magnetfelter og strålingsbælter. Det menes, at Merkur kan have forbigående strålingsbælter.
• Radial diffusion - masser af små skub, som skubber elektroner mod eller væk fra planeten, bevægelse mod planeten resulterer i en stigning i elektronenergi.
• Bølge-partikel-interaktion - den måde, hvorpå energi overføres til eller fra en plasmabølge til en ladet partikel (fx elektron)
• Chorus – Whistler mode chorus waves – en type plasmabølge i et magnetiseret plasma, disse radiobølger konverteres til lyd, de lyder som morgengryets kor.
• Z-mode bølger - en type plasmabølge til stede i et magnetiseret plasma, såkaldt på grund af formen set i observationer af denne bølge fra instrumenter på jorden på jorden – en "Z"-form.