Små laddade elektroner och protoner som kan skada satelliter och förändra ozonet har avslöjat några av deras mysterier för forskare vid University of Otago.

I en studie publicerad i Geofysiska forskningsbrev , gruppen tittade på laddade partiklar som interagerar med en typ av radiovåg som kallas "EMIC" – en våg som genereras i jordens strålningsbälten (osynliga ringar av laddade partiklar som kretsar runt jorden).

Huvudförfattare Dr Aaron Hendry, vid institutionen för fysik, säger att det är viktigt att förstå hur dessa vågor påverkar bälten – som är fyllda med dyra och viktiga satelliter – och jordens klimat.

"Mycket som jordens atmosfär, jordens magnetosfär - området runt jorden där vårt magnetfält är starkare än solens - upplever ibland starka stormar, " eller perioder med hög aktivitet. Dessa stormar kan orsaka betydande förändringar av antalet partiklar i strålningsbälten och kan accelerera vissa av dem till mycket höga hastigheter, gör dem till en fara för våra satelliter. Att veta hur många av dessa partiklar det finns, liksom hur snabbt de rör sig, är mycket viktigt för oss, så att vi kan se till att våra satelliter fortsätter att fungera.

"Aktivitet inom strålningsbälten kan ibland orsaka att dessa partiklars banor förändras. Om dessa förändringar gör att partiklarna är tillräckligt låga för att nå jordens övre atmosfär, de kan träffa den täta luften, förlorar all sin energi och faller ur omloppsbana.

"EMIC-vågor är kända för att kunna orsaka dessa förändringar och driva förlusten av partiklar från strålningsbälten. Förutom att orsaka vackra ljusdisplayer som vi kallar norrsken, detta regn av partiklar kan också orsaka komplexa kemiska förändringar i den övre atmosfären som i sin tur kan orsaka små, men viktigt, förändrar mängden ozon som finns i atmosfären.

"Även om dessa förändringar är små, att förstå dem är mycket viktigt för att korrekt förstå hur atmosfärens kemi fungerar, hur det förändras över tid, och vilken inverkan det har på klimatet, " säger Dr. Hendry.

För deras senaste studie, forskarna använde data från GPS-satelliter för att titta på hur många elektroner EMIC-vågor kan slå in i jordens atmosfär.

En allmän regel i strålningsbälten är att vid lägre hastigheter, du har många fler elektroner. Så, om minimihastigheten för EMIC-våginteraktionen sänks, det finns mycket fler elektroner runt för att interagera med vågor.

Genom att titta på data från satelliter som övervakar hur många elektroner det finns i strålningsbälten och hur snabbt de går, forskarna har kunnat visa att man kan se antalet elektroner i strålningsbälten minska avsevärt när EMIC-vågor är runt.

"Spännande nog, vi har också sett förändringar i antalet elektroner vid hastigheter som är betydligt lägre än den nuvarande 'accepterade' minimihastigheten. Det betyder att EMIC kan påverka mycket större antal elektroner än vi tidigare trodde var möjligt. Klart, vi måste tänka om hur vi modellerar denna interaktion, och den påverkan det har på strålningsbältena. Det finns många elektroner i strålningsbanden, så att kunna slå ut tillräckligt många av dem i atmosfären för att göra en märkbar förändring är ganska anmärkningsvärt.

"Detta har visat att vi måste ta hänsyn till dessa EMIC-vågor när vi tänker på hur strålningsbältena förändras över tiden, och hur dessa förändringar i strålningsbältet påverkar klimatet på jorden."

Dr. Hendry säger att effekten av EMIC-drivna elektroner på atmosfärens kemi för närvarande inte inkluderas av stora klimatmodeller, som försöker förutsäga hur jordens klimat kommer att förändras över tiden, så att se till att denna process förstås och ingår i dessa modeller är mycket viktigt.

"Förändringarna är väldigt små jämfört med saker som mänsklig påverkan på klimatet, men vi måste förstå hela bilden för att riktigt förstå hur allt hänger ihop."