Plasmasköld upptäckt runt jorden

Osynlig barriär tillåter högenergielektroner att studsa från en glasvägg

Ett osynligt sköld tar bort elenergier med hög energi på 11 000 kilometer © Andy Kale / University of Alberta
läsa högt

Osynlig barriär: Forskare har upptäckt en tidigare okänd osynlig sköld runt jorden. På cirka 11 000 kilometer skyddar den planeten från de ultrafasta elektronerna i det yttre Van Allen-bältet - de hoppar av det som en glasvägg. Detta är ett mycket ovanligt fenomen, säger forskarna i tidskriften "Nature". Barriären består förmodligen av kall plasma, detaljer har ännu inte utforskats.

På mer än 11 ​​000 kilometer över jordytan är det extremt obekvämt. För här, i det yttre Van Allen-bältet, rusar energirika elektroner runt planeten med nästan ljusets hastighet. Med kinetiska energier på upp till fem megaelektron volt (MeV), genomtränger de allt på deras väg. Om en astronaut stannade kvar i denna zon längre oskyddad, skulle det vara dödligt för hans hälsa och satellitens känsliga elektronik lider här permanent.

Sedan 2012 undersöker två NASA-prober den hårda miljön i Van Allen Belt. Deras data avslöjade förra året att förutom de två kända bältena finns det en tredje, tillfällig ring i denna zon. Men nu har Daniel Baker från University of Colorado i Boulder och hans kollegor upptäckt något oväntat i de senaste sondata: en osynlig sköld.

"Glasvägg" 11 000 kilometer hög

Det visar sig att zonen med ultrasnabba elektrononer plötsligt bryter ut vid 11, 00 kilometer. "Det är som att dessa elektroner kolliderar mot en glasvägg - mitt i rymden", säger Baker. "Det påminner om sköldarna som hoppar av fiendens vapen i Star Trek-serien - det verkar finnas en sköld där uppe för de elektronerna." Även med en stark solstorm i oktober 2013 försvagades inte denna barriär runt Jorden och höll elektronerna slutar tränga längre inåt.

"Detta är ett ovanligt, ovanligt, men mycket uttalat fenomen, " konstaterar Baker. "Eftersom normalt sett, hatar naturen branta lutningar och hittar faktiskt alltid ett sätt att balansera dem." Därför förväntades tidigare att de relativistiska elektronerna i det yttre Van Allen-bältet gradvis drev inåt, och sedan genom interaktioner med partiklarna i de övre Svälj atmosfär. Men det är inte exakt fallet - elektronerna stannar vid 11 000 kilometer som sektioner. display

Van Allen-bältet omger jorden som en dubbel munk NASA / JPL

Varken magnetfält eller radiovågor

Men vad hindrar dig från att gå framåt? Först misstänkte forskarna att det markbundna magnetfältet, som skyddar oss mot många andra kosmiska partiklar, fungerar som en sköld här. Men då måste elektronerna tränga längre vid magnetfältets svaga punkter än i starkare zoner i fältet. Detta är inte fallet, som mätningarna visade.

En andra möjlighet skulle vara de extremt långvågiga radiovågorna av så kallade VLF-överföringar. Dessa vågor i frekvensområdet 3 till 30 kilohertz används till exempel för kommunikation med nedsänkta ubåtar och för undersökningar av jonosfären. Det kan teoretiskt också fånga de penetrerande elektronerna, men de skulle bara verka mot energielektroner, inte mot de ultrafasta partiklarna i det yttre Van Allen-hartset, såsom Forskare förklarar.

Vitt plasmabuller som en barriär?

Istället misstänker forskarna en annan skådespelare, en du kan till och med höra. Ovanför jonosfären är vår planet omgiven av ett moln med kallt, elektriskt laddat gas. Detta plasmafospel börjar på en höjd av cirka 900 kilometer och varar sedan många mil ut i rymden. Vid kanten av denna zon alstrar denna plasma lågfrekventa elektromagnetiska vågor, plasma-fosfenbruset. "Det här ljudet låter som vitt brus när det spelas upp via en högtalare, " förklarar Baker.

Från uppgifterna från de två Van Allen-proberna drar forskarna slutsatsen att detta brus förändrar banan för ultrasnabba elektroner och avleder dem att kollidera med och absorbera neutrala gasatomer i de övre atmosfäriska skikten. Uppenbarligen är denna barriär så effektiv och skarp att den fungerar som en ogenomtränglig sköld, så forskarna.

"Detta innebär att om du skulle placera en satellit eller en rymdstation med människor i den bara inom denna ogenomträngliga barriär, skulle du inte ha någonting att oroa dig för de ultrasnabba elektronema det är bra att veta" säger John Foster från Haystack Observatory vid Massachusetts Institute of Technology. Forskarna vill nu undersöka orsaken till denna sköld och dess fysik mer detaljerat. (Nature, 2014; doi: 10.1038 / nature13956)

(MIT / University of Colorado at Boulder, 27 nov 2014 - NP)