Het magnetisch veld van de aarde vangt hoogenergetische deeltjes op. Toen de eerste satellieten de ruimte in werden gelanceerd, wetenschappers onder leiding van James Van Allen ontdekten onverwacht de hoogenergetische deeltjesstralingsgebieden, die later werden vernoemd naar de ontdekker:de Van Allen Radiation Belts. gevisualiseerd, deze zien eruit als twee donutvormige gebieden die de planeet omringen.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen van GFZ laat zien dat elektronen in de stralingsgordels lokaal tot zeer hoge snelheden kunnen worden versneld. De studie toont aan dat de magnetosfeer werkt als een zeer efficiënte deeltjesversneller, het versnellen van elektronen tot zogenaamde ultrarelativistische energieën. De studie uitgevoerd door Hayley Allison, een postdoctoraal onderzoeker bij GFZ Potsdam, en Yuri Shprits van GFZ en professor aan de Universiteit van Potsdam, is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Om de oorsprong van de Van Allen Belts beter te begrijpen, in 2012, NASA lanceerde het tweelingruimtevaartuig Van Allen Probes om door deze meest barre omgeving te reizen en gedetailleerde metingen uit te voeren in dit gevaarlijke gebied. De metingen omvatten een volledige reeks deeltjes die met verschillende snelheden en in verschillende richtingen bewogen, en plasmagolven. Plasmagolven zijn vergelijkbaar met de golven die we op het wateroppervlak zien, maar zijn onzichtbaar voor het blote oog. Ze kunnen worden vergeleken met rimpelingen in het elektrische en magnetische veld.

Recente waarnemingen hebben aangetoond dat de energie van elektronen in de gordels kan oplopen tot zogenaamde ultrarelativistische energieën. Deze elektronen, met temperaturen boven de 100 miljard graden Fahrenheit, bewegen zo snel dat hun bewegingsenergie veel hoger is dan hun rustenergie, gegeven door Einsteins beroemde formule E=mc ² . Ze zijn zo snel dat de tijd voor deze deeltjes aanzienlijk vertraagt.

Wetenschappers waren verrast om deze ultrarelativistische elektronen te vinden en gingen ervan uit dat zulke hoge energieën alleen kunnen worden bereikt door een combinatie van twee processen:het naar binnen transporteren van deeltjes uit de buitenste regionen van de magnetosfeer, die hen versnelt, en een lokale versnelling van deeltjes door plasmagolven.

Echter, de nieuwe studie laat zien dat elektronen lokaal zulke ongelooflijke energieën bereiken, in het hart van de riemen, door al deze energie uit plasmagolven te halen. Dit proces blijkt uiterst efficiënt te zijn. De onverwachte ontdekking van hoe de versnelling van deeltjes tot ultrarelativistische energieën werkt in de ruimte nabij de aarde, kan wetenschappers helpen de fundamentele processen van versnelling op de zon te begrijpen, in de buurt van buitenplaneten, en zelfs in de verre uithoeken van het universum, waar ruimtesondes niet kunnen komen.