Omringar jorden, inom dess magnetosfär, är två koncentriska, munkformade strålningsbälten kända som Van Allen-bälten. Van Allen-bälten sväller och drar sig tillbaka som svar på inkommande energi från solen, ibland böljande tillräckligt långt för att utsätta kretsande satelliter och andra rymdfarkoster för skadlig strålning som kan störa elektronisk kommunikation och navigeringssignaler, samt elnät. Dessa strålningsbältes elektroner färdas nära ljusets hastighet och avger och absorberar vågor som används av forskare för att förstå rymdvädret.

Ett internationellt team av forskare upptäckte nyligen vilken roll heta elektroner kan spela i de vågor och fluktuationer som upptäcks av satelliter. Forskargruppen rapporterar sina resultat denna vecka i Plasmas fysik . Deras resultat är baserade på data som samlats in av Van Allen Probes, tvillingrobotar som lanserades av NASA 2012 för att hjälpa forskare att bättre förstå dessa bältesregioner.

Tidigare forskning har fokuserat på lågfrekventa elektromagnetiska vågor som emitteras från kalla elektroner som den främsta orsaken till acceleration och förlust av relativistiska elektroner. Dessa våg-partikel-interaktioner påverkar direkt bredden på banden. Lågfrekventa vågor inkluderar whistler-mode plasmavågor, så namngivna för det väsande eller statiska ljud de gör som är hörbart genom en högtalare.

Denna allmänna teori beskriver elektroner från solvind som interagerar med dessa lågfrekventa plasmavågor. Detta gör att elektronerna får en enorm mängd energi från förstärkningen av whistler-mode-vågorna via den omgivande plasmasfären.

Dock, enligt forskargruppen, lågfrekventa vågor är vanligtvis förknippade med aktiva magnetosfäriska förhållanden, som inte alltid förekommer. I kontrast, högfrekventa kvasi-elektrostatiska (ES) fluktuationer i den övre hybridfrekvensen är ett konstant och genomgripande inslag i jordens strålningsbältesmiljö, som nyligen upptäcktes genom nya data från Van Allen Probes.

"Enstaka lågfrekventa vågor med extremt stora amplituder kan plötsligt accelerera elektronerna, sa Junga Hwang, huvudforskare vid Korea Astronomy and Space Science Institute i Sydkorea och medförfattare till artikeln. "Men vi tror att det är de högfrekventa ES-fluktuationerna som ständigt emitteras och reabsorberas av de heta elektronerna, som tillåter dessa strålningsbälteselektroner att förbli inuti det yttre Van Allen-bandet under lång tid."

I deras studie, forskarna tittade på elektroner i tre energiområden:kalla elektroner, heta elektroner och relativistiska elektroner. Kalla elektroner bidrar främst till bakgrundselektrondensiteten. Heta elektroner är kända som huvudkällan för vågframställning. De relativistiska elektronerna, under tiden, resultat av partikelaccelerationsprocesser, men de påverkar inte genomsnittliga plasmaegenskaper. Forskarna valde "tyst-tids"-intervall för att studera de högfrekventa vågorna när de lågfrekventa plasmavågorna saknades.

"Eftersom heta elektroner bara utgör en liten bråkdel av den totala elektronantaltätheten, den allmänna tanken har varit att de övre hybridfluktuationerna endast är användbara som ett verktyg för att indirekt mäta den kalla elektrontalstätheten, " sa Hwang. "Men, data från Van Allen Probes visade att övre-hybrid ES (elektrostatiska) fluktuationer genomträngande och allestädes närvarande finns i strålningsbälten. Därifrån, vi bevisade att närvaron av heta elektroner och övre hybridfluktuationer är ett ömsesidigt relaterat fenomen."