Dussintals CU Boulder-studenter designade och byggde CSSWE CubeSat-satelliten, som användes för att studera energiska partiklar i Van Allens strålningsbälten. Kredit:University of Colorado
Ett 60-årigt mysterium angående källan till några energiska och potentiellt skadliga partiklar i jordens strålningsbälten löses nu med hjälp av data från en satellit i skokartong som byggts och drivs av studenter från University of Colorado Boulder.
Resultaten från den nya studien indikerar att energiska elektroner i jordens inre strålningsbälte - främst nära dess inre kant - skapas av kosmiska strålar som föds från explosioner av supernovor, sa studiens huvudförfattare, Professor Xinlin Li vid CU Boulders laboratorium för atmosfärs- och rymdfysik (LASP). Jordens strålningsbälten, kända som Van Allen-bälten, är lager av energiska partiklar som hålls på plats av jordens magnetfält.
Teamet visade att under en process som kallas "cosmic ray albedo neutron decay" (CRAND), kosmiska strålar som kommer in i jordens atmosfär kolliderar med neutrala atomer, skapar ett "stänk" som producerar laddade partiklar, inklusive elektroner, som fångas av jordens magnetfält. Fynden har implikationer för att förstå och bättre förutse ankomsten av energiska elektroner i rymden nära jorden, som kan skada satelliter och hota hälsan för rymdvandrande astronauter, sa Li.
"Vi rapporterar den första direkta upptäckten av dessa energiska elektroner nära den inre kanten av jordens strålningsbälte, sa Li, också professor vid CU-Boulders avdelning för flygtekniska vetenskaper. "Vi har äntligen löst ett sex decennium långt mysterium." En artikel i ämnet publicerades i numret den 13 december av Natur . Studien finansierades främst av National Science Foundation.
Forskare testar CubeSat, som kommunicerar med en markstation cirka fyra mil bort. Kredit:University of Colorado Boulder
Strax efter upptäckten av Van Allens strålningsbälten 1958, både amerikanska och ryska forskare drog slutsatsen att CRAND sannolikt var källan till högenergiprotoner fångade i jordens magnetfält. Men under de mellanliggande decennierna, ingen lyckades detektera motsvarande elektroner som skulle produceras under neutronsönderfallet.
CubeSat-uppdraget, kallat Colorado Student Space Weather Experiment (CSSWE), rymmer en liten, energetiska partikelteleskop för att mäta flödet av solenergiprotoner och jordens strålningsbältes elektroner. Lanserades 2012, CSSWE har involverat mer än 65 CU Boulder-studenter och drevs i mer än två år från en markstation som de byggde på taket av en LASP-byggnad på campus.
CubeSat precis innan den fördes in i uppskjutningsanläggningen. Kredit:University of Colorado Boulder
Instrumentet på CSSWE, kallas den relativistiska, Elektron och protonteleskop integrerat litet experiment (REPTile) är en mindre version av REPT, tvillinginstrument utvecklade av ett CU Boulder-team ledd av LASP-direktören och Nature paper medförfattaren Daniel Baker som lanserades på NASAs Van Allen Probes-uppdrag 2012.
"Det här är verkligen ett vackert resultat och en stor insikt som härrör från en anmärkningsvärt billig studentsatellit, illustrerar att bra saker kan komma i små förpackningar, " sa Baker. "Det är en stor upptäckt som har funnits där hela tiden, en demonstration av att Yogi Berra hade rätt när han sa "Du kan observera mycket bara genom att titta."
Montering av den enda vetenskapliga nyttolasten ombord; det skickade tillbaka data av hög kvalitet, forskare rapporterar. Kredit:University of Colorado Boulder
"Dessa resultat avslöjar, för första gången, hur energiladdade partiklar i den nära jordens rymdmiljö skapas, sa Irfan Azeem, en programdirektör i NSF:s avdelning för atmosfärs- och georymdvetenskap.
"Fynden kommer att avsevärt förbättra vår förståelse av jorden-rymdmiljön, ", sa Azeem. "Det är spännande att se NSF-finansierade CubeSats byggda av grund- och doktorander i centrum för en betydande vetenskaplig upptäckt."
