Supernopean "elektronisateen" lähde

Van Allenin säteilyvyössä (sininen) olevat elektronit kohtaavat whistler-aaltoja (violetti) ja ne lähetetään sateena kohti pohjoisnapaa (punainen). THEMIS-satelliitit näkyvät lähellä säteilyvyöhykettä, kun taas UCLA:n ELFIN leijuu lähempänä Maan pintaa.

Suurempi kuva

UCLA:n tutkijat ovat löytäneet uuden supernopeiden, energisten elektronien lähteen, joka sataa maan päälle. Ilmiö edistää värikkäitä revontulia, mutta aiheuttaa myös vaaroja satelliiteille, avaruusaluksille ja astronauteille.

Tutkijat havaitsivat odottamatonta, nopeaa "elektronisaostumista" matalalta Maan kiertoradalta käyttämällä pienten ELFIN-satelliittien paria, jotka UCLA:n kampuksen perustutkinto- ja jatko-opiskelijoiden ohjaamana pieni henkilöstöryhmä ovat rakentaneet ja operoivat.

Yhdistämällä ELFINin datan NASAn THEMIS-avaruusaluksen kaukaisempiin havaintoihin tutkijat päättelivät, että äkillisen kaatosateen aiheuttivat whistler-aallot, eräänlainen sähkömagneettinen aalto, joka värähtelee plasman läpi avaruudessa ja vaikuttaa Maan magnetosfäärin elektroneihin aiheuttaen niiden "leviämisen” ilmakehään.

Heidän havaintonsa osoittavat, että nämä vihellys-aallot ovat vastuussa paljon enemmästä elektronisateesta kuin nykyiset teoriat ja avaruussäämallit ennustavat.

"ELFIN on ensimmäinen satelliitti, joka mittaa näitä supernopeita elektroneja", sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja Xiaojia Zhang. "Elfin-Missio tuottaa uusia oivalluksia, koska sillä on ainutlaatuinen näköalapaikka niitä tuottavassa tapahtumaketjussa."

Keskeistä tässä tapahtumaketjussa on maata lähellä oleva avaruusympäristö, joka on täynnä varautuneita hiukkasia, jotka kiertävät planeetan ympärillä olevia jättimäisiä renkaita eli Van Allenin säteilyvyöhykkeitä.

Näiden vyöhykkeiden elektronit kulkevat spiraaleissa, jotka kirjaimellisesti pomppivat Maan pohjois- ja etelänavan välillä. Tietyissä olosuhteissa säteilyvyöhykkeissä syntyy whistler-aaltoja, jotka energisoivat ja nopeuttavat elektroneja. Tämä venyttää elektronien kulkureittiä niin paljon, että ne putoavat vyöhykkeiltä ja sekoittuvat ilmakehään luoden elektronisateen.

ELFINin matalan lentoradan elektronisademittaukset yhdistettynä THEMIS-havaintoihin Whistler-aalloista avaruudessa ja tietokonemallinnus antoivat ryhmälle mahdollisuuden ymmärtää yksityiskohtaisesti prosessia, jolla aallot saavat aikaan nopeita elektronivirtoja ilmakehään.

Löydökset ovat erityisen tärkeitä, koska nykyiset teoriat ja avaruussäämallit, vaikka ne ottavat huomioon muita ilmakehään tulevien elektronien lähteitä, eivät ennusta tätä ylimääräistä whistler-aallon aiheuttamaa elektronivirtaa, joka voi vaikuttaa Maan ilmakehän kemiaan, aiheuttaa riskejä avaruusaluksille ja vahingoittaa alemmalla kiertäviä satelliitteja.

"On erittäin palkitsevaa, että olemme lisänneet avaruustieteen tuntemuksiamme käyttämällä itse rakentamamme laitteiston dataa", sanoi Colin Wilkins, nykyisen tutkimuksen toinen kirjoittaja, ELFINin instrumenttijohtaja ja laitoksen avaruusfysiikan tohtoriopiskelija.

Aiheesta aiemmin: Kuinka revontulet syntyvät?