Szkic różnych regionów magnetosfery na Ziemi. Kliknij, aby powiększyć
Statki kosmiczne gromady ESA znajdowały się we właściwym miejscu we właściwym czasie, kiedy przelatywały przez obszar ziemskiego pola magnetycznego, które przyspiesza elektrony do około 1/100 prędkości światła. Region ten nazywany jest regionem dyfuzji elektronów; grubość zaledwie kilku kilometrów między polem magnetycznym Ziemi a Słońcem. W ciągu godziny statek kosmiczny został pochłonięty przez obszar dyfuzji elektronów, ponieważ wiatr słoneczny powodował, że ta warstwa poruszała się do przodu i do tyłu.
Satelity gromadowe ESA przeleciały przez regiony ziemskiego pola magnetycznego, które przyspieszają elektrony do około jednej setnej prędkości światła. Obserwacje przedstawiają naukowcom z klastra pierwsze wykrycie tych zdarzeń i pozwalają przyjrzeć się szczegółom uniwersalnego procesu znanego jako ponowne połączenie magnetyczne.
25 stycznia 2005 r. Cztery statki kosmiczne Gromady znalazły się we właściwym miejscu we właściwym czasie: region przestrzeni zwany regionem dyfuzji elektronów. Jest to granica grubości zaledwie kilku kilometrów, która występuje na wysokości około 60 000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Wyznacza granicę między polem magnetycznym Ziemi a Słońcem. Pole magnetyczne Słońca jest przenoszone na Ziemię przez wiatr naładowanych elektrycznie cząstek, znany jako wiatr słoneczny.
Obszar dyfuzji elektronowej jest jak przełącznik elektryczny. Po odwróceniu wykorzystuje energię zmagazynowaną w polach magnetycznych Słońca i Ziemi do podgrzania naładowanych elektrycznie cząstek w pobliżu do dużych prędkości. W ten sposób inicjuje proces, który może doprowadzić do powstania zorzy polarnej na Ziemi, w której szybko poruszające się naładowane cząstki zderzają się z atomami atmosferycznymi i powodują ich świecenie.
Regiony dyfuzji elektronów mają też bardziej złowrogą stronę. Przyspieszone cząstki mogą uszkodzić satelity, zderzając się z nimi i powodując gromadzenie się ładunków elektrycznych. Te zwarcia i niszczą wrażliwy sprzęt.
Dziewiętnaście razy w ciągu jednej godziny kwartet gromady został pochłonięty przez region dyfuzji elektronów. Stało się tak, ponieważ wiatr słoneczny buforował warstwę graniczną, powodując jej ruch w przód iw tył. Każde przekroczenie obszaru dyfuzji elektronów trwało zaledwie 10-20 milisekund dla każdego statku kosmicznego, a jednak unikalny instrument, znany jako instrument dryfu elektronów (EDI), był wystarczająco szybki, aby zmierzyć przyspieszone elektrony.
Obserwacja jest ważna, ponieważ zapewnia najbardziej kompletne jak dotąd pomiary obszaru dyfuzji elektronów. „Nawet najlepsze komputery na świecie nie mogą symulować regionów dyfuzji elektronów; po prostu nie mają do tego wystarczającej mocy obliczeniowej ”- mówi Forrest Mozer, University of California, Berkeley, który prowadził dochodzenie w sprawie danych w Klastrze.
Dane zapewnią nieoceniony wgląd w proces ponownego połączenia magnetycznego. Zjawisko to występuje w całym Wszechświecie w wielu różnych skalach, wszędzie tam, gdzie występują splątane pola magnetyczne. W tych złożonych sytuacjach pola magnetyczne czasami zapadają się w bardziej stabilne konfiguracje. Jest to ponowne połączenie i uwalnia energię przez regiony dyfuzji elektronów. Na Słońcu magnetyczne ponowne połączenie napędza rozbłyski słoneczne, które czasami uwalniają ogromne ilości energii ponad plamy słoneczne.
Prace te mogą mieć również istotny wpływ na zaspokojenie potrzeb energetycznych na Ziemi. Fizycy nuklearni próbujący zbudować generatory syntezy jądrowej próbują wytworzyć stabilne pola magnetyczne w swoich reaktorach, ale nękają je zdarzenia ponownego połączenia, które rujnują ich konfiguracje. Jeśli proces ponownego połączenia zostanie zrozumiany, być może sposoby zapobiegania temu w reaktorach jądrowych staną się jasne.
Jednak wciąż leży to w przyszłości. „Musimy zrobić o wiele więcej nauki, zanim w pełni zrozumiemy ponowne połączenie”, mówi Mozer, którego celem jest teraz zrozumienie, które warunki wiatru słonecznego wyzwalają zdarzenia ponownego połączenia i związane z nimi regiony dyfuzji elektronowej widziane przez Cluster.
Oryginalne źródło: Portal ESA
