Magnetisk återanslutning, den sönderbrytande och våldsamma återkopplingen av magnetfältslinjer i plasma – materiens tillstånd som består av fria elektroner och atomkärnor – sker i hela universum och kan piska upp rymdstormar som stör mobiltelefontjänsten och slår ut elnäten. Nu forskare vid U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och andra laboratorier, använder data från ett NASA-fyrsatellitsuppdrag som studerar återanslutning, har utvecklat en metod för att identifiera källan till vågor som hjälper satelliter att bestämma deras plats i rymden.

Forskargruppen, ledd av PPPL-fysikern Jongsoo Yoo, har korrelerade magnetfältmätningar som tagits av Magnetospheric Multiscale (MMS) -uppdraget som kretsar vid kanten av magnetfältet som omger jorden. Fynden identifierade källan till utbredningen av "whistler-vågor" - vågor med visselljud som sjunker från högt till lågt och härrör från återkoppling - vars detektering orienterar satelliterna i förhållande till återkopplingsaktivitet som kan påverka jorden.

Forskningen, redovisas i Geofysiska forskningsbrev , markerar utvecklingen av "en ny metod för att mäta hur vågen förökar sig vid återanslutning, "sa Yoo, huvudförfattare till tidningen. Källan, han sa, är det som kallas "svanselektroner" - partiklar med energi som är mycket större än massan hos elektronerna i återanslutna fältlinjer. Sådana elektroner är "temperaturanisotropa, "vilket betyder att deras temperatur inte är enhetlig utan skiljer sig åt när den mäts i olika riktningar.

"Det vi bevisar är att du inte kunde ha visslervågor utan den aktiva X-linjen"-den centrala återanslutningsregionen-"så visslervågor indikerar att återanslutning är nära, " sa Yoo.

Han började undersöka källorna till vågorna efter att ha märkt den anmärkningsvärda likheten mellan aktiviteten hos vågorna som MMS upptäckte och de som producerades i Magnetic Reconnection Experiment (MRX) vid PPPL. Likheten indikerade att de fysiska processerna var desamma i både laboratoriet och rymden och ledde till en sökning för att avslöja orsaken. I forskargruppen med PPPL fanns forskare från Columbia University, Los Alamos National Laboratory, och NASA Goddard Space Flight Center.

Går framåt, teamet planerar att undersöka utvecklingen av whistlervågor nära elektrondiffusionsområdet, det smala området i magnetosfären och laboratorieexperiment där elektroner separerar från fältlinjer innan återanslutning sker. Resultaten kan visa sig vara relevanta för MMS -uppdraget, vars mål är att avslöja den roll som elektroner spelar för att underlätta återanslutning. Stöd för detta arbete har kommit från DOE Office of Science (FES) NASA, och National Science Foundation.

PPPL, på Princeton Universitys Forrestal Campus i Plainsboro, N.J., ägnas åt att skapa ny kunskap om plasmans fysik - ultrahet, laddade gaser - och för att utveckla praktiska lösningar för skapandet av fusionsenergi. Laboratoriet hanteras av universitetet för U.S. Department of Energy's Office of Science, som är den största enskilda anhängaren av grundforskning inom fysik i USA, och arbetar för att hantera några av vår tids mest utmanande utmaningar. För mer information, besök science.energy.gov.