In de jaren vijftig en net voordat de grote 'Space Race' begon, hadden wetenschappers als Kristian Birkeland, Carl Stormer en Nicholas Christofilos veel aandacht besteed aan een theorie - een theorie waarbij gevangen, geladen deeltjes in een ring rond de aarde betrokken waren. Deze plasmadoughnut die op zijn plaats werd gehouden door het magnetische veld van onze planeet, werd later bevestigd door de eerste drie Explorer-missies onder leiding van Dr. James Van Allen. Gevoed door misschien zonnewinden of kosmische straling, was de kennis van hun bestaan het spul van nachtmerries voor een geüniformeerd publiek. Hoewel de 'straling' objecten kan beïnvloeden die er doorheen gaan, bereikt het de aarde niet en dit besef veroorzaakte al snel dat angsten stierven. Er zijn echter nog veel onbeantwoorde vragen over de Van Allen stralingsgordels die de moderne wetenschap verbazen.
In de loop der jaren hebben we geleerd dat deze stralingszones bestaan uit elektronen en energetisch geladen deeltjes. We hebben gedocumenteerd dat ze zowel kunnen krimpen als opzwellen op basis van de hoeveelheid zonne-energie die ze ontvangen, maar wat onderzoekers niet hebben kunnen achterhalen, is precies wat deze reacties veroorzaakt. Deeltjes komen en gaan deeltjes - maar er is geen solide antwoord zonder bewijs. Een relevante vraag was om te bepalen of deeltjes ontsnappen in de interplanetaire ruimte wanneer de banden krimpen - of vallen ze naar de aarde? Tot nu toe was het een raadsel, maar een nieuwe studie waarbij meerdere ruimtevaartuigen tegelijkertijd werden gebruikt, was om de deeltjes te traceren en het pad te volgen.
"Lange tijd werd gedacht dat deeltjes neerwaarts uit de banden zouden neerslaan", zegt Drew Turner, een wetenschapper aan de University of California, Los Angeles, en de eerste auteur van een paper over deze resultaten die in januari online verscheen in Nature Physics. 29, 2012. “Maar recenter theoretiseerden onderzoekers dat misschien deeltjes naar buiten zouden kunnen vegen. Onze resultaten voor dit evenement zijn duidelijk: we zagen geen toename in neerwaartse neerslag. ”
Van oktober tot december 2003 zwollen en krompen de stralingsgordels als reactie op geomagnetische stormen toen deeltjes de gordels binnendrongen en ontsnapten. Krediet: NASA / Goddard Scientific Visualization Studio
Dit is echter niet alleen een eenvoudig antwoord op een eenvoudige vraag. Het begrijpen van de beweging van de deeltjes kan een cruciale rol spelen bij het beschermen van onze satellietsystemen die door de Van Allen-gordels gaan - en de verreikende stralingsuitbreidingen. Zoals we weten, produceert de zon overvloedige hoeveelheden geladen deeltjes in de stellaire winden en kan deze soms in onze richting schieten tijdens coronale massa-ejecties (CME's) of schokfronten veroorzaakt door snelle zonnewinden die langzamere winden inhalen die co-roterende interactiegebieden worden genoemd -CIRs). Wanneer ze onze kant op worden gestuurd, verstoren ze de magnetosfeer van de aarde tijdens een gebeurtenis die bekend staat als een geomagnetische storm. Tijdens een 'storm' is bekend dat de deeltjes van de stralingsgordel de gordel binnen enkele uren verminderen en ledigen ... een uitputting die dagen kan aanhouden. Hoewel dit is gedocumenteerd, weten we eenvoudigweg de oorzaak niet, laat staan waardoor de deeltjes weggaan!
Om meer grip te krijgen op wat er gebeurt, zijn meerdere ruimtevaartuigen nodig die de veranderingen op meerdere punten tegelijkertijd meten. Hierdoor kunnen wetenschappers bepalen of een actie die op de ene plaats plaatsvindt, een andere elders beïnvloedt. Hoewel we uitkijken naar de resultaten van de Radiation Belt Storm Probes (RBSP) -missie, is de lancering ervan niet gepland tot augustus 2012. In de tussentijd hebben onderzoekers gegevens van twee ver van elkaar gescheiden ruimtevaartuigen gecombineerd om een vroege vaststelling te krijgen van wat er gebeurt tijdens een verlies gebeurtenis.
"We gaan een tijdperk binnen waarin multi-ruimtevaartuigen de sleutel zijn", zegt Vassilis Angelopoulos, een ruimtevaartwetenschapper aan de UCLA, en de hoofdonderzoeker van THEMIS en een coauteur op papier. "In staat zijn om een vloot van beschikbare middelen in één onderzoek te verenigen, wordt steeds meer een noodzaak om een hoek om te slaan in ons begrip van de omgeving van de aarde."
Dus waar kwam deze vroege ondersteuningsinformatie vandaan? Gelukkig kon het team een kleine geomagnetische storm waarnemen die plaatsvond op 6 januari 2011. Door de drie NASA THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) ruimtevaartuigen in te schakelen, twee GOES (Geostationary Operational Environment Satellite), beheerd door de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en zes POES (Polar Operational Environmental Satellite), gezamenlijk beheerd door NOAA, en de European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) ruimtevaartuigen, waren ze in staat om elektronen te vangen die dicht bij de lichtsnelheid toen ze meer dan zes uur uit de band vielen. De THEMIS- en GOES-ruimtevaartuigen maken een baan om de equatoriale zones van de aarde en maken slechts deel uit van het team. Het POES-ruimtevaartuig passeert meerdere keren per dag de stralingsgordels terwijl het op een lagere hoogte en in de buurt van de polen vaart. Door gegevens te combineren, konden de wetenschappers verschillende waarnemingspunten innemen en bewezen - zonder twijfel - dat de deeltjes via de ruimte de band verlieten en niet naar de aarde terugkeerden.
'Dit was een heel eenvoudige storm', zegt Turner. "Het is geen extreem geval, dus we denken dat het waarschijnlijk vrij typerend is voor wat er in het algemeen gebeurt en de voortdurende resultaten van gelijktijdige statistische onderzoeken ondersteunen dit."
Gedurende deze tijd observeerde het ruimtevaartuig ook een gebied met een lage dichtheid van de Van Allen-gordels dat langs de periferie verscheen en naar binnen reisde. Dit bleek een indicatie te zijn dat de deeltjes naar buiten waren gebonden. Als dit een normaal verschijnsel was, is het logisch dat een soort 'golf' de beweging moet ondersteunen, waardoor de deeltjes de buitenste ontsnappingsgrens kunnen bereiken. Het ontdekken van wat dit ontsnappingsmechanisme precies veroorzaakt, zal een van de taken zijn van RBSP, zegt David Sibeck van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., NASA's missiewetenschapper voor RBSP en projectwetenschapper voor THEMIS.
"Dit soort onderzoek is een sleutel tot het begrijpen en uiteindelijk voorspellen van gevaarlijke gebeurtenissen in de stralingsgordels van de aarde", zegt Sibeck. "Het is een geweldig uitgebreid voorbeeld van wat we kunnen verwachten tijdens de komende RBSP-missie."
Oorspronkelijke verhaalbron: NASA THEMIS News Release.
