De Van Allen-gordels pulseren van zonnedeeltjes. Afbeelding tegoed: NASA / Tom Bridgman. Klik om te vergroten
Een nieuw 'veilig gebied' in de stralingsgordels rond de aarde beweegt hoger in hoogte en breedtegraad tijdens pieken in zonneactiviteit, blijkt uit nieuw onderzoek door een door NASA geleid team. De veilige zone biedt verminderde stralingsintensiteiten voor elk mogelijk ruimtevaartuig dat in het stralingsgordelgebied moet vliegen.
"Dit nieuwe onderzoek brengt ons dichter bij het begrijpen hoe een deel van de stralingsgordel verdwijnt", zegt Dr. Shing Fung van NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. Fung is hoofdauteur van een paper over dit onderzoek dat verschijnt in de on- lijnversie van Geophysical Research Letters 22 februari.
Het team baseerde zijn resultaten op metingen van hogesnelheidsdeeltjes (elektronen), die de "Van Allen-stralingsgordel" omvatten, van de reeks poolomloopbanen van de National Oceanic and Atmospheric Administration tussen 1978 en 1999. Toen het ruimtevaartuig binnenvloog Met hun polaire banen detecteerden ze minder stralingsgordeldeeltjes op een bepaald breedtegraadbereik, wat duidt op passages in de veilige zone door het ruimtevaartuig. De onderzoekers vergeleken de gegevens die werden genomen tijdens relatief lage perioden van zonneactiviteit, het zogenaamde minimum voor zonne-energie, met gegevens uit piekperioden van de zonneactiviteit, het zogenaamde maximum voor zonne-energie. Ze merkten een verschuiving op in de veilige-zonelocatie naar hogere breedtegraden, en dus hoogten, tijdens zonne-maximum.
Als de stralingsgordels zichtbaar waren, zouden ze op een paar donuts rond de aarde lijken, de een in de ander met de aarde in het "gat" van de binnenste donut. De veilige zone, de "slotregio" genoemd, zou verschijnen als een opening tussen de binnen- en buitendoughnut. De banden bestaan in feite uit elektrisch geladen deeltjes met hoge snelheid (elektronen en atoomkernen) die vastzitten in het magnetische veld van de aarde.
Het magnetische veld van de aarde kan worden weergegeven door lijnen van magnetische kracht die uit het Zuidpoolgebied komen, de ruimte in en terug naar het Noordpoolgebied. Omdat stralingsgordeldeeltjes worden opgeladen, worden hun bewegingen geleid door de magnetische krachtlijnen. Gevangen deeltjes stuiteren tussen de polen terwijl ze rond de veldlijnen cirkelen.
Ook radiogolven van zeer lage frequentie (VLF) en achtergrondgas (plasma) worden in dit gebied gevangen. Net als een prisma dat een lichtbundel kan buigen, kan het plasma de voortplantingspaden van de VLF-golf buigen, waardoor de golven langs het magnetische veld van de aarde stromen. VLF-golven maken de veilige zone vrij door interactie met de stralingsgordeldeeltjes, een beetje van hun energie te verwijderen en hun richting te veranderen. Dit verlaagt de plaats boven de poolgebieden waar de deeltjes stuiteren (het spiegelpunt genoemd). Uiteindelijk wordt het spiegelpunt zo laag dat het zich in de atmosfeer van de aarde bevindt. Wanneer dit gebeurt, botsen de gevangen deeltjes met atmosferische deeltjes en gaan verloren.
Volgens het team wordt de veilige zone gecreëerd in een regio waar de omstandigheden gunstig zijn voor de VLF-golven om de deeltjes te schoppen. Hun onderzoek is de eerste aanwijzing dat de locatie van deze regio kan veranderen met de zonneactiviteitscyclus. De zon doorloopt een activiteitencyclus van 11 jaar, van maximum tot minimum, en weer terug. Tijdens zonne-maximum verwarmt verhoogde ultraviolette (UV) straling van de zon de bovenste atmosfeer van de aarde, de ionosfeer, waardoor deze uitzet. Dit verhoogt de dichtheid van het plasma dat gevangen zit in het magnetische veld van de aarde.
Gunstige omstandigheden voor de VLF-golf-deeltje-interactie hangen af van de specifieke combinatie van plasmadichtheid en magnetische veldsterkte. Hoewel de plasmadichtheid over het algemeen afneemt met de hoogte, zorgt de uitzetting van de ionosfeer tijdens het maximum van de zon ervoor dat het plasma dichter wordt op de minimale zonnehoogte van de veilige zone, en de gunstige plasmadichtheid voor de veilige zone dwingt te migreren naar een hogere hoogte. Bovendien neemt de magnetische veldsterkte ook af met de hoogte. Om de gunstige magnetische veldsterkte voor de veilige zone op grotere hoogte te vinden, zou men naar de polen (hogere breedtegraden) moeten migreren, waar de magnetische veldlijnen meer geconcentreerd en dus sterker zijn.
"Deze ontdekking helpt de zoektocht naar het primaire golf-deeltje interactiegebied dat de veilige zone creëert te beperken", aldus Fung. "Hoewel geen enkel bekend ruimtevaartuig de veilige zone op grote schaal gebruikt, kan onze kennis helpen bij het plannen en uitvoeren van toekomstige missies die van de zone willen profiteren."
Volgens de onderzoekers werd hun ontdekking mogelijk gemaakt door een nieuwe tool voor het selecteren en ophalen van gegevens, ontwikkeld door het team, het Magnetospheric State Query System. Het onderzoek is gefinancierd door NASA en de National Research Council. Het team bestaat uit Fung, Dr. Xi Shao (National Research Council, Washington) en Dr. Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Md.).
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
