Forskare har studerat miljön nära jorden i mer än ett sekel, men många mysterier – som var de energiska partiklarna som genomsyrar området har sitt ursprung och får energi – finns fortfarande kvar. I en ny typ av samarbetsstudie, forskare kombinerade data från 16 separata rymdfarkoster från NASA och Los Alamos National Laboratory (LANL) för att förstå hur ett partikelfenomen i den magnetiska miljön runt jorden uppstår. Dessa händelser, kallade substormar, kan orsaka norrsken, störa GPS-kommunikation och, när de är som mest intensiva, skada elnäten.
För att få en global bild, forskarna använde data från fyra individuella NASA-uppdrag - Magnetospheric Multiscale-uppdraget, Van Allen Probes uppdrag, Geotail, och tidshistoriken för händelser och interaktioner i makroskala under Substorms-uppdraget – plus rymdfarkosten LANL-GEO. Den här forskningen visar hur NASA heliofysikuppdrag – heliofysik är studien av naturen hos laddade partiklar och energi i rymden, samt hur de påverkas av solen — kan samverka.
Forskarna valde en händelse under en lugn period i den nära jordens rymdmiljö, som de antog skulle ge ett enkelt fall som skulle vara lätt att modellera. Det de hittade bevisade motsatsen.
"Även för denna lilla händelse, det är oerhört komplicerat, sa Drew Turner, forskare vid The Aerospace Corporation i El Segundo, Kalifornien. "Det här visar är att vi ännu inte har en bra global bild av vad som händer under små substormar, än mindre under de stora såna."
Data från varje enskilt uppdrag kan bara ge en ögonblicksbild av hur miljön ser ut vid en specifik plats och en specifik tidpunkt. Även om detta gör det möjligt för forskare att förstå vissa rymdplasmafenomen i detalj, det är svårt att få en heltäckande bild av var partiklarna kommer ifrån och vart de är på väg. Dock, genom att kombinera datamängder från rymdfarkoster placerade på platser spridda runt jorden, Turner och hans team kunde ta itu med stora frågor om partikelrörelser.
"Varje rymdfarkost spelar en unik roll, ", sa Turner. "När vi går framåt och fortsätter att forma framtiden för magnetosfärisk fysik, den globala bilden av substormar och andra viktiga fenomen kommer att bli tydligare när fler rymdfarkoster sätts in med hjälp av innovativa orbitalkonfigurationer och instrumentering."
Förutom att få en bild av hur komplicerat systemet kan vara, resultaten hjälpte också forskarna att lära sig om substorms struktur.
"Vi betraktar ofta substormar som "byggstenarna" för solvindens och magnetosfärens interaktion - det grundläggande elementet, sa David Sibeck, THEMIS projektforskare och Van Allen Probes uppdragsforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det är en anledning till att vi studerar dem."
Forskarna, använda markbaserade magnetometrar, hittade en signatur av vad som kallas en substormströmkil – en av huvuddragen i en klassisk substorm. Detta resultat, kombinerat med rymdskeppsdata, visade att det är aktivitet runt jorden i mer än en timme fram till kilbildning, en process som har diskuterats hett tidigare. Deras resultat har publicerats i Journal of Geophysical Research .
Turner och hans team tittar redan på fler händelser för att se om det de har hittat i den första händelsen är typiskt för substormar. Nu när ett av uppdragen - Magneotspheric Multiscale-uppdraget - är i en ny bana som tar det far från jorden, teamet förväntar sig att kunna se händelsernas ursprung och förhoppningsvis fånga en komplett bild från början till slut av en substom-händelse.
De fyra NASA-uppdragen som används i denna studie är en del av NASA:s Heliophysics-flotta av uppdrag under NASA:s Solar Terrestrial Probes, Att leva med en stjärna och program för utforskare, som syftar till att förstå grundläggande plasmafysikfrågor och den dynamiska jord-sol-miljön vi lever i.
