Ny undersøgelse kaster lys over, hvordan ultralavfrekvente radiobølger og plasma interagerer

Forskere ved University of California, Los Angeles præsenterer ny forskning om et mærkeligt kosmisk fænomen kendt som "whistlers" - meget lavfrekvente pakker af radiobølger, der løber langs magnetiske feltlinjer. Denne første af sin slags undersøgelse, optræder i Plasmas fysik , giver ny indsigt i karakteren af ​​whistlere og rumplasmaer - områder af energifyldte partikler fanget af Jordens magnetfelter. Disse undersøgelser kan en dag hjælpe med udviklingen af ​​praktiske plasmateknologier med magnetiske felter, herunder rumfartøjs-thrustere, der bruger ladede partikler som brændstof.

"Vi har opdaget nye effekter af disse såkaldte whistler-bølger, sagde Reiner Stenzel, en forfatter på papiret. "Disse nye laboratorieundersøgelser vil hjælpe med at udvide vores viden om dette spændende elektromagnetiske fænomen og foreslå nye anvendelser og mulige opfindelser."

Whistler-bølger blev først opdaget i begyndelsen af ​​1900-tallet. De viste sig at komme fra lyn, der interagerer med Jordens magnetfelter. Da de rejste gennem Jordens ionosfære og magnetosfære, whistlere med lave toner forplanter sig langsommere end de højere frekvenser. Som resultat, simple radiomodtagere blev brugt til at lytte til radiobølgerne, og den faldende tonehøjde lød som en fløjte.

Stenzel og hans medforfatter, Manuel Urrutia, studerede væksten, udbredelse og henfald af whistlerbølger i uensartede magnetfelter i deres laboratorium. De opdagede, at disse bølger opførte sig anderledes end forudsagt af en 80 år gammel teori.

Disse laboratorieundersøgelser involverede at skabe whistlerbølger med magnetiske antenner inde i et plasmafyldt kammer. Forskerne undersøgte derefter adfærden og udbredelsen af ​​disse bølger i 3D-rum med en bevægelig sonde. Dette gjorde det muligt for holdet at studere, hvordan disse bølger forplanter sig gennem 3D-rummet som en funktion af tiden. De kunne også studere bølgerne under forskellige forhold, herunder hvordan de opfører sig, når de udsættes for både lige og cirkulære magnetfeltlinjer og magnetiske nulpunkter - områder, hvor der slet ikke var noget felt.

"Vores laboratorieeksperimenter afslører tredimensionelle bølgeegenskaber på måder, som simpelthen ikke kan opnås fra observationer i rummet, " sagde Stenzel. "Dette gjorde det muligt for os at studere kontinuerlige bølger såvel som vækst og henfald af bølger med fantastiske detaljer. Dette frembragte uventede opdagelser af bølgereflektioner og af cylindriske whistler-tilstande."

Whistler-bølger betragtes som en form for helikonbølger, eller lavfrekvente elektromagnetiske bølger, der bevæger sig i en proptrækker, eller helixlignende, mønster. Når helikoner interagerer med plasmaer, de udøver et tryk og et drejningsmoment på elektronerne.

Forskerne mener, at en bedre forståelse af disse egenskaber en dag kan føre til design af plasma-thrustere til rumfartøjer. Disse thrustere bruger elektricitet til at drive plasma til ekstremt høje hastigheder, hurtigere end en kemisk raket.