Runt jorden finns två enorma ringar – kallade Van Allens strålningsbälten – av starkt energisatta joner och elektroner. Olika processer kan accelerera dessa partiklar till relativistiska hastigheter, som äventyrar rymdfarkoster som har otur nog att komma in i dessa gigantiska band av skadlig strålning. Forskare hade tidigare identifierat vissa faktorer som kan orsaka att partiklar i bälten blir mycket energiserande, men de hade inte vetat vilken orsak som dominerar.
Nu, med ny forskning från NASA:s Van Allen Probes och Time History of Events and Macroscale Interactions under Substorms—THEMIS—uppdrag, publicerad i Geofysiska forskningsbrev , domen är inne. Den främsta boven är en process som kallas lokal acceleration, orsakas av elektromagnetiska vågor som kallas körvågor. Uppkallad efter deras karakteristiska stigande toner, påminner om kvittrande fåglar, körvågor påskyndar partiklarna som skjuter fram dem som en stadig hand som upprepade gånger trycker på en sving. Denna process var inte en allmänt accepterad teori innan Van Allen Probes uppdrag.
Att fastställa huvudorsaken till förbättringarna av strålningsbältet ger nyckelinformation för modeller som förutsäger rymdväder – och därmed skyddar vår teknologi i rymden.
"Vi har haft studier tidigare som tittar på enskilda händelser, så vi visste att lokal acceleration skulle vara viktig för några av händelserna, men jag tror att det var en överraskning hur viktig lokal acceleration var, sa Alex Boyd, huvudförfattare och forskare vid New Mexico Consortium, Los Alamos, New Mexico. "Resultaten tar äntligen upp denna huvudkontrovers vi har haft om strålningsbältena i ett antal år."
Det finns två huvudorsaker till partikelaktivering i Van Allen-bälten:radiell diffusion och lokal acceleration. Radiell diffusion, som ofta inträffar under solstormar - gigantiska inflöden av partiklar, energi och magnetfält från solen, som kan förändra vår rymdmiljö – sakta och upprepade gånger knuffar partiklar närmare jorden, där de får energi från magnetfälten de möter. Många forskare hade länge trott att detta var det primära, eller till och med bara, orsak till energitillförsel.
Dock, tidigt i sitt uppdrag, Van Allen-sonderna visade att lokal acceleration, som orsakas av partiklar som interagerar med vågor av fluktuerande elektriska och magnetiska fält kan också ge energi till partiklarna. Den nya forskningen, som tittade på nästan hundra händelser under nästan fem år, visar att dessa våg-partikelinteraktioner är ansvariga för att energisätta partiklar runt jorden 87 procent av tiden.
Forskarna visste att lokal acceleration var på gång eftersom de observerade berg av energiska partiklar växande på ett ställe, som den lokala accelerationsmekanismen förutsäger, snarare än att glida in mot jorden som diffusion skulle göra.
Det är en stor andel för en process som inte uppfattades som en stark kandidat ens för fem år sedan. "Radial diffusion är definitivt viktig för strålningsbälten, men våg-partikelinteraktioner är mycket viktigare än vi insåg, " sa Geoff Reeves, medförfattare vid New Mexico Consortium.
