Afbeelding tegoed: NASA
Nieuw onderzoek geeft aan dat elektronen kunnen surfen op magnetische golven die worden aangedreven door de zonnewind en versneld worden tot het punt dat ze ernstige schade kunnen toebrengen aan ruimtevaartuigen die in een baan om de aarde draaien. Het proces is het resultaat van de interactie tussen het magnetische veld van de aarde en fluctuaties in de dichtheid van de zonnewind. Als de dichtheid van de zonnewind verandert, zorgt dit ervoor dat golven in het magnetische veld terug naar de aarde golven. Elektronen kunnen worden gevangen in deze rimpelingen en zo snel terug naar de aarde surfen dat ze gevoelige elektronica in de ruimte kunnen beschadigen.
'Killer'-elektronen die in staat zijn om grote schade aan te richten in een baan om een ruimtevaartuig, kunnen' golven 'op magnetische golven die worden aangedreven door de zonnewind, aldus een team van ruimtewetenschappers.
Het team van de Universiteit van Boston en de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) combineerden waarnemingen van NASA- en NOAA-ruimtevaartuigen om een fenomeen te identificeren dat verklaart hoe de zonnewind golven maakt in het magnetische veld van de aarde (magnetosfeer). Gewone elektronen die om de aarde cirkelen in de Van Allen-stralingsgordels kunnen de golven boogyboarden en versnellen tot bijna de lichtsnelheid, met energieën die 300-500 keer groter zijn dan de elektronen in een televisiescherm.
De zonnewind is een stroom van elektrisch geladen deeltjes die constant door de zon worden geblazen. De magnetosfeer is een holte die wordt gevormd wanneer de zonnewind het magnetische veld van de aarde tegenkomt. Wanneer de zonnewinddichtheid hoog is en tegen de magnetosfeer komt, wordt de magnetosfeer gecomprimeerd. Als de winddichtheid laag is, zet de magnetosfeer uit. De onderzoekers ontdekten dat de zonnewind periodieke structuren met een hoge en lage dichtheid bevat, die een periodieke 'ademende' werking van de magnetosfeer en de wereldwijde opwekking van magnetische golven aansturen.
Het is bekend dat als de frequentie van deze golven overeenkomt met de frequentie van de elektronen in hun beweging in de Van Allen-riem, de elektronen kunnen worden versneld, waardoor hun energie aanzienlijk wordt versterkt. Het proces is vergelijkbaar met een boogyboarder die een golf vangt. Sommige elektronen 'rijden op de golf' en krijgen zoveel energie dat ze vervolgens dure ruimtevaartuigen kunnen beschadigen.
"Als we dit kunnen bevestigen als een belangrijk mechanisme voor het maken van golven die 'killer'-elektronen versnellen, dan zouden wetenschappers die gegevens van satellieten zoals Wind gebruiken, vooraf een waarschuwing voor ruimtevaartuigoperators kunnen ontwikkelen dat hun ruimtevaartuig mogelijk gevaar loopt voor overmatige en schadelijke blootstelling aan straling, ”Zei Dr. Barbara Giles, projectwetenschapper voor het Polar-ruimtevaartuig bij NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Wanneer elektronen zo energetisch worden, kunnen ze binnendringen in het interieur van ruimtevaartuigen. Eenmaal binnen elektronische onderdelen, bouwen ze statische elektriciteit op die een kritiek onderdeel kan kortsluiten of het ruimtevaartuig in een slechte bedrijfsmodus kan brengen.
"Wat nieuw en opwindend is aan dit onderzoek, is dat mensen altijd hebben gezocht naar interne mechanismen in de magnetosfeer om deze golven te genereren", zegt Dr. Larry Kepko, onderzoeksmedewerker aan de Boston University en hoofdauteur van twee artikelen over dit onderzoek, één gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research in juni 2003 en het andere in Geophysical Research Letters in 2002. "Maar hier hebben we een extern mechanisme gevonden - de zonnewind zelf."
De Polar- en Wind-satellieten van NASA en de Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) van NOAA leverden de belangrijkste observaties die het team tot deze conclusie brachten. Polar bevestigde dat de golven niet lokaal, maar globaal zijn. De Wind-satelliet was de belangrijkste bron voor het identificeren van de dichtheidsstructuren in de zonnewind die de magnetosfeer aandrijven. GOES leverde gegevens over de magnetosfeer van de aarde naarmate deze groter en kleiner werd.
"We wisten al dat de zonnewind dichtheidsstructuren heeft en dat magnetische golven elektronen kunnen versnellen", zegt dr. Harlan Spence, universitair hoofddocent astronomie aan de Boston University en co-auteur van de twee artikelen over dit onderzoek. "Wat we niet wisten, was dat de zonnewindstructuren periodiek kunnen zijn en magnetische golven kunnen aandrijven. Deze nieuwe waarnemingen kunnen een ontbrekende schakel tussen beide vormen. '
De ultieme bron van deze nieuw ontdekte zonnewindstructuren is nog steeds een mysterie, maar het team speculeert dat de zon mogelijk een directe rol speelt. "De variaties in de zonnewinddichtheid worden gedeeltelijk beheerst door het patroon van magnetische herverbinding, het verdraaien en breken van magnetische veldlijnen op het oppervlak van de zon", zegt Dr. Kepko. “Opnieuw verbinden op een systematische, periodieke manier kan de waargenomen periodieke dichtheidsstructuren in de zonnewind produceren. Er zijn aanwijzingen dat dit kan gebeuren, maar verder onderzoek is nodig om een definitief verband te leggen. ”
De Van Allen-stralingsgordels werden in 1958 ontdekt door Dr. James Van Allen en zijn team aan de Universiteit van Iowa met Explorers 1 en 3, de eerste satellieten die met succes door de Verenigde Staten werden gelanceerd. Het zijn riemen van elektrisch geladen deeltjes die gevangen zitten in het magnetische veld van de aarde. Omdat de deeltjes elektrisch geladen zijn (meestal protonen en elektronen), voelen ze magnetische krachten en worden ze gedwongen om te draaien rond onzichtbare magnetische krachtlijnen die het magnetische veld van de aarde vormen. Er zijn eigenlijk twee donutvormige riemen in het Van Allen-systeem, de ene in de andere met de aarde in het "gat" van de binnenste riem. De binnenste gordel, bestaande uit snelle protonen, bevindt zich op een hoogte tussen 430 en 7.500 mijl (ongeveer 700 tot 12.000 km) boven de aarde. De buitenste riem is gemaakt van snelle elektronen en verschijnt op hoogten tussen 15.500 en 25.000 mijl (ongeveer 25.000 tot 40.000 km) boven de aarde. Exploitanten van ruimtevaartuigen proberen banen in deze regio's te vermijden, maar soms zijn deze hoogten het beste voor een bepaalde missie, of moet het ruimtevaartuig tijdens een deel van zijn baan door de gordels gaan of de aarde volledig ontsnappen.
NASA's Polar- en Wind-satellieten, samen bekend als het 'Global Geospace Science Program', zijn erop gericht wetenschappers te helpen begrijpen hoe deeltjes en energie van de zon door de ruimteomgeving van de aarde stromen en ermee interageren.
NOAA is toegewijd aan het verzamelen van gegevens over de oceanen, de atmosfeer, de ruimte en de zon. Het GOES-satellietsysteem is het basiselement voor Amerikaanse weermonitoring en -voorspelling. Dr. Howard Singer van NOAA is een derde co-auteur van het artikel uit 2002 over dit onderzoek.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
