En utmaning för rymdforskare att bättre förstå vår farliga rymdmiljö nära jorden har satts i en ny studie ledd av University of Birmingham.

Forskningen representerar det första steget mot nya teorier och metoder som kommer att hjälpa forskare att förutsäga och analysera partiklars beteende i rymden. Det har konsekvenser för teoretisk forskning, såväl som för praktiska tillämpningar som rymdväderprognoser.

Forskningen fokuserade på två band av energiska partiklar i rymden nära jorden, kallade strålningsbälten eller Van Allen-bälten. Dessa partiklar är fångade i jordens magnetosfär och kan skada elektronik på satelliter och rymdfarkoster som passerar igenom, samt utgöra risker för astronauter.

Att förstå hur dessa partiklar beter sig har varit ett mål för fysiker och ingenjörer i decennier. Sedan 1960-talet har forskare använt principer som finns i "kvasilinjära modeller" för att förklara hur de laddade partiklarna rör sig genom rymden.

I den nya studien har forskare funnit bevis för att standardteorin kanske inte gäller så ofta som tidigare antagits. Teamet på 16 forskare, från institutioner i Storbritannien, USA och Finland, utforskade gränserna för standardteorier. Tillämpningen av den kvasilinjära teorin kan tyckas okomplicerad, men i själva verket är det en delikat procedur att integrera den i rymdfysikmodeller i enlighet med vetenskapliga mätningar i rymden. Detta dokument bryter ner utmaningarna bakom denna process.

Resultaten publiceras i Frontiers in Astronomy and Space Sciences .

Huvudförfattaren, Dr. Oliver Allanson, från Space Environment and Radio Engineering (SERENE) Group vid University of Birmingham, sa:"Att få en bättre förståelse av beteendet hos dessa partiklar är avgörande för att tolka satellitdata och för att förstå den underliggande fysiken av rymdmiljöer."

Forskare som är involverade i studien är baserade i Storbritannien vid universiteten i Birmingham, Exeter, Northumbria, Warwick, St Andrews och vid British Antarctic Survey; i USA vid University of California i Los Angeles, University of Iowa och US Air Force Research Lab, New Mexico; och i Finland vid Helsingfors universitet.

Nästa steg för forskningen kommer att inkludera en förbättrad teoretisk beskrivning baserad på resultaten i detta arbete, som sedan kan användas i rymdvädermodeller för att förutsäga beteendet hos dessa farliga partiklar i rymden nära jorden.

Mer information: Oliver Allanson et al, Utmaningen att förstå djurparken för partikeltransportregimer under resonansvåg-partikelinteraktioner för givna vågspektra för undersökningsläge, Frontiers in Astronomy and Space Sciences (2024). DOI:10.3389/fspas.2024.1332931

Tillhandahålls av University of Birmingham