211service.com
Sköldar upp
Högt över jordens atmosfär susar elektroner förbi nära ljusets hastighet. Sådana ultrarelativistiska elektroner, som utgör det yttre bandet av Van Allens strålningsbälten, kan sträcka sig runt planeten på bara fem minuter och bombardera vad som helst i deras väg. Exponering för sådan högenergistrålning kan orsaka förödelse för satellitelektronik och utgöra allvarliga hälsorisker för astronauter.
Nu har forskare vid MIT och på andra håll identifierat en hård gräns för hur nära ultrarelativistiska elektroner kan komma. Oavsett var de cirklar runt ekvatorn kan de inte komma närmare än cirka 11 000 kilometer från planetens yta, trots sin intensiva energi.
Det som håller denna högenergistrålning borta verkar varken vara planetens magnetfält eller långväga radiovågor, utan snarare ett fenomen som kallas plasmasfäriskt väsande - mycket lågfrekventa elektromagnetiska vågor i den övre atmosfären som, när de spelas upp genom en högtalare, liknar statiskt eller vitt brus.
Teamets resultat, publicerade i Natur , är baserade på data som samlats in av NASA:s Van Allen Probes – tvillingfarkoster som kretsar i den hårda miljön i Van Allens strålningsbälten. Varje sond är designad för att motstå konstant strålningsbombardement för att mäta beteendet hos högenergielektroner i rymden.
Efter att ha analyserat de första 20 månaderna av data som returnerades av sonderna, observerade forskarna en mycket skarp barriär mot ultrarelativistiska elektroner. Denna barriär höll sig stabil även mot en solstorm, som drev elektroner mot jorden på ett steglikt sätt i oktober 2013.
Gruppen fann att den naturliga barriären kan bero på en interaktion mellan inkommande elektroner och plasmasfäriskt väsande. Denna slutsats baserades på Van Allen-sondernas mätning av elektronernas stigningsvinkel - graden till vilken en elektrons rörelse är parallell eller vinkelrät mot planetens magnetfält. Forskarna fann att plasmasfäriskt väsande verkar långsamt för att rotera elektronernas vägar, vilket får dem att falla in i den övre atmosfären på en bana parallell med en magnetfältlinje. I atmosfären kommer de sannolikt att kollidera med neutrala atomer och försvinna.
Det är ett mycket ovanligt, extraordinärt och uttalat fenomen, säger John Foster, biträdande chef för MIT:s Haystack Observatory. Vad detta säger oss är att om du parkerade en satellit eller en rymdstation i omloppsbana med människor precis innanför denna ogenomträngliga barriär, skulle du förvänta dig att de skulle ha mycket längre livslängder. Det är bra att veta.