Lave bølger med de varme elektroner i Jordens strålingsbælter

omkranser jorden, inden for sin magnetosfære, er to koncentriske, doughnut-formede strålingsbælter kendt som Van Allen-bælterne. Van Allen bælterne svulmer og trækker sig tilbage som reaktion på indkommende energi fra solen, nogle gange bølger langt nok til at udsætte satellitter og andre rumfartøjer i kredsløb for skadelig stråling, der kan forstyrre elektronisk kommunikation og navigationssignaler, samt elnet. Disse strålingsbælteelektroner bevæger sig tæt på lysets hastighed og udsender og absorberer bølger, der bruges af videnskabsmænd til at forstå rumvejr.

Et internationalt hold af videnskabsmænd har for nylig opdaget den rolle, som varme elektroner kan spille i de bølger og fluktuationer, der detekteres af satellitter. Forskerholdet rapporterer sine resultater i denne uge Plasmas fysik . Deres resultater er baseret på data indsamlet af Van Allen Probes, dobbelt robotrumfartøj lanceret af NASA i 2012 for at hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå disse bælteområder.

Tidligere forskning har fokuseret på lavfrekvente elektromagnetiske bølger udsendt fra kolde elektroner som hovedårsagen til acceleration og tab af relativistiske elektroner. Disse bølge-partikel-interaktioner påvirker direkte bredden af ​​båndene. Lavfrekvente bølger inkluderer whistler-mode plasmabølger, så opkaldt efter den hvæsende eller statiske lyd, de laver, som er hørbar gennem en højttaler.

Denne generelle teori beskriver elektroner fra solvind, der interagerer med disse lavfrekvente plasmabølger. Dette får elektronerne til at få en enorm mængde energi fra forstærkningen af ​​whistler-mode-bølgerne via den omgivende plasmasfære.

Imidlertid, ifølge forskerholdet, lavfrekvente bølger er typisk forbundet med aktive magnetosfæriske forhold, som ikke altid forekommer. I modsætning, højfrekvente kvasi-elektrostatiske (ES) fluktuationer i den øvre hybridfrekvens er et konstant og gennemgående træk i jordens strålingsbæltemiljø, som for nylig blev opdaget gennem nye data fra Van Allen Probes.

"Af og til kan lavfrekvente bølger med ekstremt store amplituder pludselig accelerere elektronerne, " sagde Junga Hwang, hovedforsker ved Korea Astronomy and Space Science Institute i Sydkorea og medforfatter til artiklen. "Men vi tror, ​​at det er de højfrekvente ES-udsving, der konstant udsendes og reabsorberes af de varme elektroner, som tillader disse strålingsbælteelektroner at forblive inde i det ydre Van Allen-bånd i lang tid."

I deres undersøgelse, forskerne så på elektroner i tre energiområder:kolde elektroner, varme elektroner og relativistiske elektroner. Kolde elektroner bidrager hovedsageligt til baggrundens elektrontæthed. Varme elektroner er kendt som hovedkilden til bølgedannelse. De relativistiske elektroner, i mellemtiden, resultat af partikelaccelerationsprocesser, men de påvirker ikke de gennemsnitlige plasmakarakteristika. Forskerne valgte "stille-tids"-intervaller til at studere de højfrekvente bølger, når de lavfrekvente plasmabølger var fraværende.

"Da varme elektroner kun udgør en lille brøkdel af den samlede elektrontaltæthed, den generelle tanke har været, at de øvre hybrid-udsving kun er nyttige som et værktøj til indirekte at måle den kolde elektrontaltæthed, " sagde Hwang. "Men, dataene fra Van Allen-proberne viste, at øvre-hybrid ES (elektrostatiske) fluktuationer gennemgående og allestedsnærværende eksisterer i strålingsbælterne. Derfra, vi beviste, at tilstedeværelsen af ​​varme elektroner og øvre-hybrid-udsving er gensidigt relaterede fænomener."