Een 60 jaar oud mysterie met betrekking tot de bron van enkele energetische en mogelijk schadelijke deeltjes in de stralingsgordels van de aarde is nu opgelost met behulp van gegevens van een satelliet ter grootte van een schoenendoos, gebouwd en beheerd door Boulder-studenten van de Universiteit van Colorado.

De resultaten van de nieuwe studie geven aan dat energetische elektronen in de binnenste stralingsgordel van de aarde - voornamelijk nabij de binnenrand - worden gecreëerd door kosmische straling die wordt geboren uit explosies van supernova's, zei de hoofdauteur van de studie, Professor Xinlin Li van CU Boulder's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP). De stralingsgordels van de aarde, bekend als de Van Allen-riemen, zijn lagen van energetische deeltjes die op hun plaats worden gehouden door het magnetische veld van de aarde.

Het team toonde aan dat tijdens een proces genaamd "kosmische straling albedo neutronenverval" (CRAND), kosmische straling die de atmosfeer van de aarde binnenkomt, botst met neutrale atomen, het creëren van een "splash" die geladen deeltjes produceert, inclusief elektronen, die vast komen te zitten door de magnetische velden van de aarde. De bevindingen hebben implicaties voor het begrijpen en beter voorspellen van de aankomst van energetische elektronen in de ruimte nabij de aarde, die satellieten kunnen beschadigen en de gezondheid van ruimtewandelende astronauten kunnen bedreigen, zei Li.

"We rapporteren de eerste directe detectie van deze energetische elektronen nabij de binnenrand van de stralingsgordel van de aarde, " zei Li, ook een professor in de afdeling lucht- en ruimtevaarttechniek van CU-Boulder. "We hebben eindelijk een mysterie van zes decennia opgelost." Een paper over het onderwerp werd gepubliceerd in het nummer van 13 december van Natuur . De studie werd voornamelijk gefinancierd door de National Science Foundation.

Kort na de ontdekking van de Van Allen-stralingsgordels in 1958, zowel Amerikaanse als Russische wetenschappers concludeerden dat CRAND waarschijnlijk de bron was van hoogenergetische protonen die vastzaten in het magnetische veld van de aarde. Maar in de tussenliggende decennia niemand heeft met succes de overeenkomstige elektronen gedetecteerd die tijdens het neutronenverval zouden moeten worden geproduceerd.

De CubeSat-missie, genaamd het Colorado Student Space Weather Experiment (CSSWE), herbergt een kleine, energetische deeltjestelescoop om de flux van zonne-energetische protonen en de elektronen van de stralingsgordel van de aarde te meten. Gelanceerd in 2012, CSSWE heeft meer dan 65 CU Boulder-studenten betrokken en werd meer dan twee jaar geëxploiteerd vanuit een grondstation dat ze op het dak van een LASP-gebouw op de campus hadden gebouwd.

Het instrument op CSSWE, genaamd de relativistische, Electron and Proton Telescope geïntegreerd klein experiment (REPTile) is een kleinere versie van REPT, tweelinginstrumenten ontwikkeld door een CU Boulder-team onder leiding van LASP-directeur en co-auteur van Nature Paper Daniel Baker, die werden gelanceerd op NASA's 2012 Van Allen Probes-missie.

"Dit is echt een prachtig resultaat en een groot inzicht afgeleid van een opmerkelijk goedkope studentensatelliet, illustreren dat goede dingen in kleine verpakkingen kunnen komen, "zei Baker. "Het is een belangrijke ontdekking die er altijd al is geweest, een demonstratie dat Yogi Berra gelijk had toen hij opmerkte:'Je kunt veel waarnemen door te kijken.'"

"Deze resultaten onthullen, Voor de eerste keer, hoe energetisch geladen deeltjes in de ruimte nabij de aarde worden gecreëerd, " zei Irfan Azeem, een programmadirecteur in de afdeling Atmospheric and Geospace Sciences van de NSF.

"De bevindingen zullen ons begrip van de aarde-ruimteomgeving aanzienlijk verbeteren, "Zei Azeem. "Het is opwindend om door NSF gefinancierde CubeSats te zien die zijn gebouwd door niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten in het centrum van een belangrijke wetenschappelijke ontdekking."