Magnetiske storme:Et vindue til fortiden

Audrey Schillings forsvarede for nylig sin doktorafhandling om atmosfærisk tab fra Jorden, og hvordan det varierer med solvindforholdene. Audrey var ansat ved det svenske institut for rumfysik og indskrevet på Luleå University of Technology som medlem af dets forskerskole i rumteknologi.

I specialet, Audrey Schillings viser, hvordan ilt-ion-udstrømningen stiger med stigende solvindsdynamiske tryk, med sydgående retning af det interplanetariske magnetfelt og med mængden af ​​ekstrem ultraviolet stråling. Under magnetiske storme kan ilt-ion-udstrømningen stige med op til 100 gange den stille tidsværdi. Data og modeller viser, at de observerede ioner vil forlade Jordens atmosfære og gå tabt i rummet.

Undersøgelserne er baseret på data fra den europæiske rumfartsorganisations satellitkonstellationsklynge, som består af fire rumfartøjer, der flyver i formation. De primære data er fra ionsensoren Cluster Ion Spectrometer, bygget og udviklet i Toulouse.

De øverste lag af Jordens atmosfære er udsat for ekstrem ultraviolet stråling og energisk partikelbombardement fra rummet, som begge slår elektroner væk fra atomer og molekyler, gør dem til elektrisk ladede ioner. Elektrisk ladede ioner påvirkes af både magnetiske og elektriske felter. Felterne kan accelerere partiklerne, så de overvinder tyngdekraften og kan flygte ud i rummet. De er især påvirket af solvinden, en strøm af ladede partikler, der kommer fra solen, som fører elektriske og magnetiske felter med sig. De er også påvirket af magnetfeltet på planeten Jorden, som igen påvirker solvinden og skaber en boble i solvinden — Jordens magnetosfære.

Den atmosfæriske udstrømning gennem ioner er blevet undersøgt siden 1960'erne, men mange detaljer er forblevet uklare. Rollen af ​​det stærke planetariske magnetfelt er en sådan faktor, sammenlignet med umagnetiserede planeter som Mars eller Venus. Man har troet, at magnetfeltet beskytter Jordens atmosfære mod solvinden, og kan endda lede undslippende partikler tilbage til atmosfæren. Et andet relateret spørgsmål vedrører udstrømning under geomagnetiske storme.

"Magnetiske storme er drevet af processer på solen, " forklarer Audrey. "De fører til øget tilstrømning af partikler og energi til Jordens magnetosfære. De er særligt interessante, da det menes, at de er repræsentative for forholdene i det gamle solsystem, da solen var ung for omkring 4 milliarder år siden. Jorden, Mars og Venus mister ikke meget af deres atmosfære nu, men måske var det anderledes før i tiden?"

Magnetiske storme sker ikke særlig ofte, så de bidrager ret lidt til det samlede datasæt. På samme tid, Jordens magnetosfære er stor, så det betyder meget, hvor rumfartøjet tilfældigvis var i magnetosfæren under en storm.

"Min første opgave var at udvikle en ny metode til at se på den relative ændring af ionudstrømningen i den del af magnetosfæren, hvor rumfartøjet befandt sig. Vi fandt ud af, at ionudstrømningen kunne stige næsten hundrede gange under en storm. " siger Audrey.

Det næste trin var at studere, hvordan udstrømningen fra Jorden varierede med solvindforholdene på en måde, der svarer til, hvordan dette var blevet undersøgt for Mars i anden nyere forskning. Mars-undersøgelsen viste, at udstrømning under storme, og dermed i fortiden, var sandsynligvis lavere end nu. Derfor har vi grund til at stille spørgsmålstegn ved billedet af, at Jordens magnetfelt beskytter atmosfæren. De processer, vi studerer, bliver mere effektive, når det stærke planetariske magnetfelt hjælper med at indsamle energi fra solvinden og kanalisere den til atmosfæren.

"Vores undersøgelse af, hvordan udstrømningen stiger under storme, giver et indblik i, hvor meget atmosfære der kan gå tabt fra en nydannet planet. Muligvis viser det også, at et planetarisk magnetfelt kan være med til at fjerne atmosfæren fra en planet. Dette var en overraskende opdagelse. " siger Audrey.