Sondy Van Allen ujawniają długoterminowe zachowania ziemskiego prądu pierścieniowego

19 maja 2016

Nowe odkrycia, bazujące na rocznych pomiarach sond Van Allen, należących do NASA, ujawniły, że prąd pierścieniowy – prąd elektryczny, niesiony przez energetyczne jony, okalające planetę – zachowuje się o wiele inaczej, niż dotąd sądzono.

Przez długo czas uważano, że prąd pierścieniowy na przemian rośnie i słabnie, lecz nowe obserwacje pokazały, że dzieje się tak tylko dla niektórych cząstek, podczas gdy inne są obecne stale. Korzystając z danych, zebranych przez Radiation Belt Storm Probes Ion Composition Experiment (RBSICE) na jednej z sond, badacze ustalili, że protony o wysokich energiach w prądzie pierścieniowym zmieniają się zupełnie inaczej, niż protony o niskich energiach. Taka informacja może pomóc dostosować nasze zrozumienie i modele prądu pierścieniowego – który jest kluczową częścią kosmicznego środowiska wokół Ziemi, mającego wpływ na nasze satelity.

Odkrycie zostało opublikowane w Geophysical Research Letters.

W czasie, kiedy nie ma burz magnetycznych, nawiedzających obszar wokół Ziemi (z lewej), protony o dużych energiach (setek keV, pokazane na pomarańczowo) niosą znaczny prąd elektryczny otaczający planetę, znany jako prąd pierścieniowy. Podczas okresów, gdy Ziemię nawiedza burza geomagnetyczna, napływają nowe protony, o niskiej energii (dziesiątek keV), wzmacniając istniejący prąd pierścieniowy.

Prawa: Johns Hopkins APL

Studiujemy prąd pierścieniowy, ponieważ kieruje on globalnym systemem prądów elektrycznych, zarówno w kosmosie, jak i na powierzchni Ziemi, co podczas intensywnych burz geomagnetycznych może powodować uszkodzenia w naszych systemach technologicznych. powiedział główny autor badania, Matina Gkioulidou, fizyk kosmiczny na Uniwersytecie Fizyki Stosowanej Johns’a Hopkins’a w Laurel, Maryland. Zmienia on również pole magnetyczne w przestrzeni w pobliżu Ziemi, które z kolei kontroluje ruch cząstek pasów radiacyjnych, opasujących naszą planetę. Oznacza to, że zrozumienie dynamiki prądu pierścieniowego na prawdę również ma znaczenie w zrozumieniu ewolucji pasów radiacyjnych.

Prąd pierścieniowy leży w odległości około 6200 do 37 000 mil (10 000 do 60 000 km) od Ziemi. Na początku XX wieku był on hipotezą, mającą wyjaśnić globalne osłabianie pola magnetycznego przy powierzchni Ziemi, mierzone powierzchniowymi magnetometrami. Takie zmiany powierzchniowego pola magnetycznego opisuje tak zwany indeks Sym-H.

Poprzednio, stan prądu pierścieniowego wnioskowano z wariacji indeksu Sym-H, ale okazało się, że reprezentuje to dynamikę jedynie protonów o niskich energiach. powiedział Gkioulidou. Gdy spojrzymy na dane protonów o wysokich energiach z instrumentu RBSPICE, widzimy, że zachowują się zupełnie inaczej, i te dwie populacje mówią o prądzie pierścieniowym całkiem co innego.

Graficzny rendering obu sond Van Allen. Należy do: JHU/APL, NASA

Sondy Van Allen, wystrzelone w 2012 roku, dają naukowcom pierwszą w niedawnej historii szansę ciągłego monitorowania prądu pierścieniowego, robiąc to przy pomocy instrumentów obserwujących jony o bardzo szerokim spektrum energii. Instrument RBSPICE zebrał dokładne dane o wszystkich rodzajach tych energetycznych jonów na przestrzeni szeregu lat. Musimy mieć instrument, mierzący szerokie pasmo energii cząstek, tworzących prąd pierścieniowy, wewnątrz samego prądu, przez długi czas. powiedział Gkioulidou. Zespół badaczy posłużył się danymi z przedziału jednego roku.

Po przyjrzeniu się danym jonów z jednego roku stało się jasne, że wokół Ziemi istnieje znaczny, utrzymujący się prąd pierścieniowy, niosący protony o dużych energiach, nawet podczas okresów spokoju od burz. Podczas burz geomagnetycznych, pierścień wzmacniany jest nowymi protonami o niskich energiach, wkraczających w pobliże Ziemi. Zatem próby przewidzenia wzmocnienia pierścienia podczas burzy przy jednoczesnym ignorowaniu pierścienia już istniejącego, jest jak próba opisania słonia, widząc tylko jego stopy. powiedział Gkioulidou.

Johns Hopkins Applied Physics Laboratory w Laurel, Maryland, zbudowało i zarządza sondami Van Allen dla Naukowego Dyrektoriatu Misji NASA. RBSPICE zarządzany jest przez New Jersey Institute of Technology w Newark, New Jersey. Jest to drug misja w ramach programu NASA Żyjąc z Gwiazdą, zarządzanego przez Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland, NASA.

Geoffrey Brown

Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, Md.

Karen C. Fox

NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Ostatnio uaktualniono 4 sierpnia 2017.

Redaktor: Rob Garner


Przetłumaczono z: NASA’s Van Allen Probes Reveal Long-term Behavior of Earth’s Ring Current

Przetłumaczył: Łukasz Buczyński

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.