At rette rumfysikfejl forbedrer satellitsikkerheden

At rette 50 år gamle fejl i matematikken, der bruges til at forstå, hvordan elektromagnetiske bølger spreder elektroner fanget i Jordens magnetfelter, vil føre til bedre beskyttelse af teknologi i rummet.

"Opdagelsen af ​​disse fejl vil hjælpe videnskabsmænd med at forbedre deres modeller af kunstige strålingsbælter produceret af atomeksplosioner i stor højde, og hvordan en begivenhed som den ville påvirke vores rumteknologi," sagde Greg Cunningham, en rumforsker ved Los Alamos National Laboratory. "Dette giver os mulighed for at lave bedre forudsigelser om, hvad denne trussel kunne være, og effektiviteten af ​​strategier til afhjælpning af strålingsbælte."

Heliofysikmodeller er vigtige værktøjer, forskere bruger til at forstå fænomener omkring Jorden, såsom hvordan elektroner kan blive fanget i det nære Jordens rummiljø og beskadige elektronik på rumaktiver, eller hvordan Jordens magnetfelt skærmer os mod både kosmiske stråler og partikler i solen. vind.

Cunningham er især interesseret i at studere Van Allens strålingsbælter, fordi de giver en naturlig analog til kunstige strålingsbælter, der kunne opstå efter en atomeksplosion i stor højde.

"I et kunstigt strålingsbælte kan elektroner produceret af en atomeksplosion blive fanget i jordens magnetfelt på samme måde som naturligt forekommende strålingsbælter," sagde Cunningham. "Når disse elektroner bliver fanget i det indre strålingsbælte i mange år, kan de ødelægge eksisterende satellitter og gøre det umuligt at installere nye."

Forskere i heliofysiksamfundet har længe brugt kvasilineær teori, som forklarer plasmaturbulens, til at forstå partikelspredning. Simuleringsmodeller baseret på teorien spiller en vigtig rolle i forståelsen af, hvordan man beskytter rumteknologi.

Men gennem sin forskning forsøgte Cunningham at genlede artikler baseret på kvasilineær teori og opdagede fejl i den langvarige ligning, der blev brugt på tværs af rumfysiksamfundet.

"I visse typer modeller kan denne fejl virkelig påvirke det svar, du får; du kan få størrelsesordensforskelle i spredningshastighederne," sagde Cunningham. "Nu kan forskere, der har skrevet artikler i løbet af de sidste 20 eller 30 år, gå tilbage og tage et kig og se, om dette påvirker deres arbejde eller ej."

"Fejlen forblev uopdaget så længe, ​​simpelthen fordi forskersamfundet ikke troede, at de oprindelige forfattere, som er højt citerede forskere på området, kunne have begået denne fejl," tilføjede han.

Cunninghams papir, der beskriver fejlene, blev for nylig offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Space Physics .

Flere oplysninger: Gregory S. Cunningham, Resolution of a Few Problemer in the Application of Quasilinear Theory to Calculating Diffusion Coefficients in Heliophysics, Journal of Geophysical Research:Space Physics (2023). DOI:10.1029/2023JA031703

Leveret af Los Alamos National Laboratory