Forskere uddyber forståelsen af ​​magnetiske felter omkring Jorden og andre planeter

Store ringe af elektrisk ladede partikler omkranser Jorden og andre planeter. Nu, et hold af videnskabsmænd har afsluttet forskning i bølger, der rejser gennem denne magnetiske, elektrisk ladet miljø, kendt som magnetosfæren, uddybe forståelsen af ​​regionen og dens interaktion med vores egen planet, og åbne op for nye måder at studere andre planeter på tværs af galaksen.

Forskerne, ledet af Eun-Hwa Kim, fysiker ved U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), undersøgt en type bølge, der bevæger sig gennem magnetosfæren. Disse bølger, kaldet elektromagnetiske ioncyklotron (EMIC) bølger, afsløre temperaturen og tætheden af ​​plasmapartiklerne i magnetosfæren, blandt andre kvaliteter.

"Bølger er en slags signal fra plasmaet, " sagde Kim, hovedforfatter af et papir, der rapporterede resultaterne i JGR Rumfysik . "Derfor, EMIC-bølgerne kan bruges som diagnostiske værktøjer til at afsløre nogle af plasmaets egenskaber."

Kim og forskere fra Andrews University i Michigan og Kyung Hee University i Sydkorea fokuserede deres forskning på mode konvertering, måden, hvorpå nogle EMIC-bølger dannes. Under denne proces, andre bølger, der komprimeres i den retning, de rejser fra det ydre rum, kolliderer med Jordens magnetosfære og udløser dannelsen af ​​EMIC-bølger, som derefter zoomer ud i en bestemt vinkel og polarisering - den retning, som alle lysbølgerne vibrerer.

Brug af PPPL-computere, forskerne udførte simuleringer, der viser, at disse mode-konverterede EMIC-bølger kan forplante sig gennem magnetosfæren langs magnetiske feltlinjer i en normal vinkel, der er mindre end 90 grader, i forhold til grænsen mellem regionen og rummet. At kende sådanne karakteristika gør det muligt for fysikere at identificere EMIC-bølger og indsamle information om magnetosfæren med begrænset indledende information.

En bedre forståelse af magnetosfæren kunne give detaljerede oplysninger om, hvordan Jorden og andre planeter interagerer med deres rummiljø. For eksempel, bølgerne kunne tillade forskerne at bestemme tætheden af ​​elementer som helium og oxygen i magnetosfæren, samt lære mere om strømmen af ​​ladede partikler fra solen, der producerer nordlys.

I øvrigt, ingeniører anvender bølger svarende til EMIC-bølger til at hjælpe med opvarmningen af ​​plasma i doughnut-formede magnetiske fusionsenheder kendt som tokamaks. Så, at studere adfærden af ​​bølgerne i magnetosfæren kunne uddybe indsigten i skabelsen af ​​fusionsenergi, som finder sted, når plasmapartikler kolliderer for at danne tungere partikler. Forskere over hele verden søger at replikere fusion på Jorden for en praktisk talt uudtømmelig strømforsyning til at generere elektricitet.

Kendskab til EMIC-bølger kan således give vidtrækkende fordele. "Vi er virkelig ivrige efter at forstå magnetosfæren, og hvordan den medierer den effekt, som rumvejret har på vores planet, " sagde Kim. "At være i stand til at bruge EMIC-bølger som diagnostik ville være meget nyttigt."