Elektronflöden i jordens strålningsband uppstår till följd av samverkan mellan kosmiska strålar med atomer i de övre lagren av planetens atmosfär, "slår ut" neutroner från dem, enligt en artikel publicerad i tidskriften Nature.
”För första gången kunde vi upptäcka skapandet av dessa högenergi-elektroner vid Van Allen-bälten. Vi lyckades lösa gåtan som fysiker har undrat över i nästan sex decennier, säger Xinlin Li från University of Colorado i Boulder (USA).
Jorden, till skillnad från Venus och ett antal andra planeter i solsystemet, har sitt eget magnetfält, som genereras som ett resultat av rörelsen av vätskeströmmar av metall i dess kärna. Detta magnetfält fungerar som en slags "sköld" som återspeglar kosmiska strålar, högenergi laddade partiklar och skyddar jorden från solvinden och koronalmassautkastningar på solen.
Spåren för dess existens är de så kallade van Allen-bälten - två regioner i höjder på cirka 6 tusen och 60 tusen kilometer från jordytan, där det finns ett stort antal högenergiprotoner och elektroner, "fångade" av jordens magnetfält och rör sig i en slags magnetfälla. Deras interaktion med atmosfären genererar vackra auroror och leder vid solstörningar till radiostörningar och andra tekniska problem.
Ett av de huvudsakliga mysterierna med Van Allen-bälten sedan upptäckten 1958 är där de högenergiska elektronerna och protonerna som bebor jordens strålningssköld och genererar fack vid planetens poler kommer från. Som Lee konstaterar har forskare länge misstänkt att deras källa är kosmiska strålar som kolliderar med atomer i atmosfären, men de hade inte entydiga bevis på detta.
Ett ytterligare problem är att kosmiska strålar, genererade av supernovaexplosioner och pulsaraktivitet, "bombarderar" jorden med ungefär samma frekvens, medan antalet och egenskaperna hos elektroner i Van Allen-bälten kan förändras dramatiskt med mycket hög hastighet. Detta gör att många forskare tvivlar på att dessa elektroner uppstår till följd av neutronnedbrytningar, som kosmiska strålar "slår ut" från kväve- och syreatomer.
För att testa dessa idéer monterade Lee och hans studenter CSSWE-mikrosatelliten, utrustad med miniatyr motsvarigheter av elektron- och protondetektorerna som utvecklades vid University of Colorado för RBSP-sonder som lanserades av NASA i augusti 2012 för att studera strukturen på Van Allen-bälten.
Denna satellit lanserades in i en nedre bana, och den studerade inte de inre skikten i Van Allen-bälten, utan den nedre kanten av dess första del, där, som forskare antydde, elektroner och protoner bör födas under kollisioner av gasmolekyler och "gäster från rymden".
Kampanjvideo:
Sådana kollisioner, som forskarna förklarar, borde leda till produktion av protoner och elektroner i mycket smala energiområden, så att de lätt kan beräknas och uppskattas hur ofta kosmiska strålar kolliderar med atmosfäriska atomer och förstå vilken roll de spelar för att fylla Van Allen-bälten och hur de kommer dit.
Som dessa mätningar visade uppstår sådana elektroner i stora mängder i en höjd ungefär lika med jordens radie, och hastigheten för deras bildning och deras egenskaper förblev konstant i alla regioner och i alla höjder. Detta talar för att de faktiskt genereras av kosmiska strålar.
Dessutom bevisas detta av antalet elektroner registrerade av CSSWE - deras antal, som forskare noterar, motsvarar nästan idealiskt hur många neutroner som ska generera kosmiska strålar. Allt detta vittnar därför om att nästan alla elektroner som deltar i födelsen av auroror är av ett verkligt "kosmiskt" ursprung.
