Die Van Allen Belts und die Great Electron Escape

In den 1950er Jahren und kurz vor Beginn des großen „Weltraumrennens“ hatten Wissenschaftler wie Kristian Birkeland, Carl Stormer und Nicholas Christofilos einer Theorie große Aufmerksamkeit geschenkt - einer Theorie, die eingeschlossene, geladene Teilchen in einem Ring um die Erde beinhaltete. Dieser Plasmadonut, der durch das Magnetfeld unseres Planeten an Ort und Stelle gehalten wird, wurde später von den ersten drei Explorer-Missionen unter der Leitung von Dr. James Van Allen bestätigt. Angetrieben von vielleicht Sonnenwinden oder kosmischen Strahlen war das Wissen über ihre Existenz das Zeug für Albträume für ein uniformiertes Publikum. Während die "Strahlung" Objekte beeinflussen kann, die sie passieren, erreicht sie die Erde nicht und diese Erkenntnis ließ schnell Ängste sterben. Es gibt jedoch noch viele unbeantwortete Fragen zu den Van Allen-Strahlungsgürteln, die die moderne Wissenschaft mystifizieren.

Im Laufe der Jahre haben wir gelernt, dass diese Strahlungszonen aus Elektronen und energetisch geladenen Teilchen bestehen. Wir haben dokumentiert, dass sie je nach Menge der Sonnenenergie, die sie erhalten, sowohl schrumpfen als auch anschwellen können. Was Forscher jedoch nicht genau bestimmen konnten, ist genau die Ursache für diese Reaktionen. Partikel kommen und Partikel gehen - aber es gibt keine eindeutige Antwort ohne Beweise. Eine relevante Frage war, ob Partikel beim Schrumpfen der Gürtel in den interplanetaren Raum entweichen - oder ob sie auf die Erde fallen? Bis jetzt war es ein Rätsel, aber eine neue Studie, bei der mehrere Raumschiffe gleichzeitig eingesetzt wurden, bestand darin, die Partikel aufzuspüren und dem Pfad zu folgen.

„Lange Zeit glaubte man, dass Partikel aus den Gürteln nach unten ausfallen würden“, sagt Drew Turner, Wissenschaftler an der University of California in Los Angeles und Erstautor eines Papiers zu diesen Ergebnissen, das im Januar online in Nature Physics veröffentlicht wurde 29, 2012. „In jüngerer Zeit stellten Forscher jedoch die Theorie auf, dass Partikel möglicherweise nach außen fegen könnten. Unsere Ergebnisse für diese Veranstaltung sind klar: Wir haben keinen Anstieg der Niederschläge nach unten gesehen. “

Dies ist jedoch nicht nur eine einfache Antwort auf eine einfache Frage. Das Verständnis der Bewegung der Partikel kann eine entscheidende Rolle beim Schutz unserer Satellitensysteme spielen, wenn diese die Van-Allen-Gürtel passieren - und ihre weitreichenden Strahlungserweiterungen. Wie wir wissen, produziert die Sonne in den Sternwinden reichlich geladene Teilchen und kann - manchmal - bei koronalen Massenauswürfen (CMEs) oder Schockfronten, die durch schnelle Sonnenwinde verursacht werden, die langsamere Winde überholen, sogenannte ko-rotierende Wechselwirkungsbereiche, in unsere Richtung sprengen -CIRs). Wenn sie auf uns gerichtet sind, stören sie die Erdmagnetosphäre in einem Ereignis, das als geomagnetischer Sturm bekannt ist. Es ist bekannt, dass die Strahlungsgürtelpartikel während eines „Sturms“ innerhalb von Stunden abnehmen und den Gürtel entleeren… eine Erschöpfung, die tagelang anhalten kann. Obwohl dies dokumentiert ist, kennen wir die Ursache einfach nicht, geschweige denn, warum die Partikel austreten!

Um einen besseren Überblick über das Geschehen zu erhalten, müssen mehrere Raumfahrzeuge die Änderungen an mehreren Punkten gleichzeitig messen. Auf diese Weise können Wissenschaftler feststellen, ob eine Aktion an einem Ort einen anderen beeinflusst. Wir freuen uns zwar auf die Missionsergebnisse der Radiation Belt Storm Probes (RBSP), der Start ist jedoch erst für August 2012 geplant. In der Zwischenzeit haben Forscher Daten von zwei weit voneinander entfernten Raumfahrzeugen kombiniert, um frühzeitig zu bestimmen, was während einer Mission passiert Verlustereignis.

"Wir treten in eine Ära ein, in der Multi-Raumfahrzeuge der Schlüssel sind", sagt Vassilis Angelopoulos, Weltraumwissenschaftler an der UCLA und Hauptforscher für THEMIS und Mitautor des Papiers. "Die Möglichkeit, eine Flotte verfügbarer Ressourcen in einer Studie zusammenzufassen, wird immer wichtiger, um unser Verständnis der Umwelt auf der Erde zu verbessern."

Woher kamen diese frühen Support-Informationen? Glücklicherweise konnte das Team einen kleinen geomagnetischen Sturm beobachten, der am 6. Januar 2011 auftrat. Durch den Einsatz der drei Raumschiffe NASA THEMIS (Zeitverlauf von Ereignissen und makroskaligen Wechselwirkungen während Substorms), zwei GOES (Geostationary Operational Environment Satellite), betrieben von Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und sechs POES (Polar Operational Environmental Satellite), die gemeinsam von der NOAA betrieben werden, und die Raumsonde der Europäischen Organisation zur Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) konnten Elektronen auffangen, die sich in der Nähe des Lichtgeschwindigkeit, als sie über sechs Stunden lang aus dem Gürtel fielen. Die Raumschiffe THEMIS und GOES umkreisen die äquatorialen Zonen der Erde und sind nur ein Teil des Teams. Das POES-Raumschiff passiert mehrmals täglich die Strahlungsgürtel, während es in geringerer Höhe und in der Nähe der Pole fährt. Durch die Kombination von Daten konnten die Wissenschaftler mehrere Beobachtungspunkte einnehmen und ohne Zweifel beweisen, dass die Partikel den Gürtel über den Weltraum verlassen und nicht zur Erde zurückkehren.

"Dies war ein sehr einfacher Sturm", sagt Turner. "Es ist kein extremer Fall, daher denken wir, dass es wahrscheinlich ziemlich typisch für das ist, was im Allgemeinen passiert, und die laufenden Ergebnisse von gleichzeitigen statistischen Studien unterstützen dies."

Während dieser Zeit beobachtete das Raumschiff auch einen Bereich geringer Dichte der Van-Allen-Gürtel, der entlang der Peripherie auftrat und sich nach innen bewegte. Dies schien ein Hinweis darauf zu sein, dass die Partikel nach außen gebunden waren. Wenn dies ein normales Ereignis war, liegt es nahe, dass eine Art „Welle“ die Bewegung unterstützen muss, damit die Partikel die äußere Fluchtgrenze erreichen können. Die Entdeckung, was genau diesen Fluchtmechanismus auslöst, wird eine der Aufgaben von RBSP sein, sagt David Sibeck vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md., Der Missionswissenschaftler der NASA für RBSP und Projektwissenschaftler für THEMIS ist.

"Diese Art der Forschung ist ein Schlüssel zum Verständnis und letztendlich zur Vorhersage gefährlicher Ereignisse in den Strahlungsgürteln der Erde", sagt Sibeck. "Es ist ein großartiges umfassendes Beispiel dafür, was wir während der bevorstehenden RBSP-Mission erwarten können."

Original Story Quelle: NASA THEMIS Pressemitteilung.