Bildnachweis: NASA
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Elektronen auf Magnetwellen surfen können, die vom Sonnenwind angetrieben werden, und so weit beschleunigt werden, dass sie das die Erde umkreisende Raumschiff ernsthaft beschädigen können. Der Prozess ist ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und Schwankungen der Dichte des Sonnenwinds. Wenn sich die Dichte des Sonnenwinds ändert, werden Wellen im Magnetfeld zur Erde zurückgeworfen. Elektronen können sich in diesen Wellen verfangen und so schnell zur Erde zurücksurfen, dass sie empfindliche Elektronik im Weltraum beschädigen können.
Laut einem Team von Weltraumwissenschaftlern können "Killer" -Elektronen, die in der Lage sind, auf umlaufenden Raumfahrzeugen Chaos anzurichten, magnetische Wellen "surfen", die vom Sonnenwind angetrieben werden.
Das Team der Boston University und der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) kombinierte Beobachtungen von NASA- und NOAA-Raumfahrzeugen, um ein Phänomen zu identifizieren, das erklärt, wie der Sonnenwind Wellen im Erdmagnetfeld (Magnetosphäre) erzeugt. Gewöhnliche Elektronen, die die Erde in den Van-Allen-Strahlungsgürteln umkreisen, können die Wellen mit einer Energie beschleunigen, die 300-500-mal höher ist als die der Elektronen in einem Fernsehbildschirm.
Der Sonnenwind ist ein Strom elektrisch geladener Teilchen, die ständig von der Sonne geblasen werden. Die Magnetosphäre ist ein Hohlraum, der entsteht, wenn der Sonnenwind auf das Erdmagnetfeld trifft. Wenn die Sonnenwinddichte hoch ist und auf die Magnetosphäre trifft, wird die Magnetosphäre komprimiert. Bei geringer Winddichte dehnt sich die Magnetosphäre aus. Die Forscher entdeckten, dass der Sonnenwind periodische Strukturen mit hoher und niedriger Dichte enthält, die eine periodische "Atmungs" -Aktion der Magnetosphäre und die globale Erzeugung magnetischer Wellen antreiben.
Es ist bekannt, dass die Elektronen beschleunigt werden können, wenn die Frequenz dieser Wellen mit der Frequenz der Elektronen in ihrer Bewegung im Van-Allen-Gürtel übereinstimmt, wodurch ihre Energien erheblich gesteigert werden. Der Prozess ähnelt einem Boogyboarder, der eine Welle fängt. Einige Elektronen „reiten auf der Welle“ und gewinnen so viel Energie, dass sie teure Raumschiffe beschädigen können.
„Wenn wir dies als einen signifikanten Mechanismus für die Erzeugung der Wellen bestätigen können, die 'Killer'-Elektronen beschleunigen, könnten Wissenschaftler, die Daten von Satelliten wie Wind verwenden, eine Vorwarnung für Raumfahrzeugbetreiber entwickeln, dass ihr Raumfahrzeug in Gefahr ist, übermäßig und schädlich Strahlung ausgesetzt zu werden. ”Sagte Dr. Barbara Giles, Projektwissenschaftlerin für das Polar-Raumschiff am Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md.
Wenn Elektronen so energisch werden, können sie in das Innere von Raumfahrzeugen eindringen. Sobald sie sich in elektronischen Teilen befinden, bauen sie statische Elektrizität auf, die einen kritischen Teil kurzschließen oder das Raumfahrzeug in einen schlechten Betriebsmodus versetzen kann.
"Neu und aufregend an dieser Forschung ist, dass die Menschen immer nach Mechanismen innerhalb der Magnetosphäre gesucht haben, um diese Wellen zu erzeugen", sagte Dr. Larry Kepko, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Boston University und Hauptautor von zwei Artikeln zu dieser Forschung, von denen einer in veröffentlicht wurde das Journal of Geophysical Research im Juni 2003 und das andere in Geophysical Research Letters im Jahr 2002. „Aber hier haben wir einen externen Mechanismus gefunden - den Sonnenwind selbst.“
Die Polar- und Wind-Satelliten der NASA sowie der geostationäre operationelle Umweltsatellit (GOES) der NOAA lieferten die wichtigsten Beobachtungen, die das Team zu dieser Schlussfolgerung führten. Polar bestätigte, dass die Wellen nicht lokal, sondern global sind. Der Wind-Satellit war die Hauptquelle zur Identifizierung der Dichtestrukturen im Sonnenwind, die die Magnetosphäre antreiben. GOES lieferte Daten über die Erdmagnetosphäre, deren Größe zunahm und abnahm.
"Wir wussten bereits, dass der Sonnenwind Dichtestrukturen aufweist und dass magnetische Wellen Elektronen beschleunigen können", sagte Dr. Harlan Spence, Associate Professor für Astronomie an der Boston University und Co-Autor der beiden Arbeiten zu dieser Forschung. „Was wir nicht wussten, war, dass die Sonnenwindstrukturen periodisch sein und magnetische Wellen antreiben können. Diese neuen Beobachtungen könnten eine fehlende Verbindung zwischen beiden darstellen. “
Die ultimative Quelle dieser neu entdeckten Sonnenwindstrukturen ist immer noch ein Rätsel, aber das Team spekuliert, dass die Sonne eine direkte Rolle spielen könnte. „Die Schwankungen der Sonnenwinddichte werden teilweise durch das Muster der magnetischen Wiederverbindung, das Verdrehen und Knacken von Magnetfeldlinien auf der Sonnenoberfläche gesteuert“, sagt Dr. Kepko. „Eine systematische und periodische Wiederverbindung kann zu den beobachteten periodischen Dichtestrukturen im Sonnenwind führen. Es gibt einige Hinweise darauf, dass dies möglicherweise der Fall ist, aber es sind weitere Untersuchungen erforderlich, um eine endgültige Verbindung herzustellen. “
Die Van Allen-Strahlungsgürtel wurden 1958 von Dr. James Van Allen und seinem Team an der Universität von Iowa mit den Explorers 1 und 3 entdeckt, den ersten Satelliten, die von den USA erfolgreich gestartet wurden. Sie sind Gürtel aus elektrisch geladenen Teilchen, die vom Erdmagnetfeld eingefangen werden. Da die Teilchen elektrisch geladen sind (hauptsächlich Protonen und Elektronen), spüren sie magnetische Kräfte und sind gezwungen, sich um unsichtbare Magnetkraftlinien zu drehen, die das Erdmagnetfeld umfassen. Es gibt tatsächlich zwei Donut-förmige Riemen im Van Allen-System, einen ineinander, wobei sich die Erde im „Loch“ des inneren Riemens befindet. Der innere Gürtel, der aus Hochgeschwindigkeitsprotonen besteht, befindet sich in Höhen zwischen 430 und 7.500 Meilen (etwa 700 bis 12.000 km) über der Erde. Der äußere Gürtel besteht aus Hochgeschwindigkeitselektronen und erscheint in Höhen zwischen 15.500 und 25.000 Meilen (etwa 25.000 bis 40.000 km) über der Erde. Raumfahrzeugbetreiber versuchen, Umlaufbahnen in diesen Regionen zu vermeiden, aber manchmal sind diese Höhen für eine bestimmte Mission am besten geeignet, oder das Raumfahrzeug muss während eines Teils seiner Umlaufbahn die Gürtel passieren oder der Erde vollständig entkommen.
Die Polar- und Wind-Satelliten der NASA, die zusammen als "Global Geospace Science Program" bekannt sind, sollen Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, wie Partikel und Energie der Sonne durch die Weltraumumgebung der Erde fließen und mit dieser interagieren.
NOAA widmet sich der Erfassung von Daten über die Ozeane, die Atmosphäre, den Weltraum und die Sonne. Das GOES-Satellitensystem ist das Grundelement für die Wetterüberwachung und -vorhersage in den USA. Dr. Howard Singer von der NOAA ist ein dritter Co-Autor des Papiers von 2002 über diese Forschung.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
