Het corrigeren van 50 jaar oude fouten in de wiskunde die wordt gebruikt om te begrijpen hoe elektromagnetische golven elektronen die gevangen zitten in de magnetische velden van de aarde verstrooien, zal leiden tot een betere bescherming van technologie in de ruimte.

"De ontdekking van deze fouten zal wetenschappers helpen hun modellen te verbeteren van kunstmatige stralingsgordels die worden geproduceerd door kernexplosies op grote hoogte en hoe een dergelijke gebeurtenis onze ruimtetechnologie zou beïnvloeden", zegt Greg Cunningham, een ruimtewetenschapper aan het Los Alamos National Laboratory. "Hierdoor kunnen we betere voorspellingen doen over wat die dreiging zou kunnen zijn en over de effectiviteit van de saneringsstrategieën voor de stralingsgordel."

Heliofysica-modellen zijn belangrijke hulpmiddelen die onderzoekers gebruiken om fenomenen rondom de aarde te begrijpen, zoals hoe elektronen vast kunnen komen te zitten in de nabije ruimteomgeving van de aarde en elektronica in de ruimtevaart kunnen beschadigen, of hoe het magnetische veld van de aarde ons beschermt tegen zowel kosmische straling als deeltjes in de zon. wind.

Cunningham is vooral geïnteresseerd in het bestuderen van de Van Allen-stralingsgordels, omdat deze een natuurlijk analogon bieden voor kunstmatige stralingsgordels die zouden kunnen ontstaan ​​na een kernexplosie op grote hoogte.

"In een kunstmatige stralingsgordel kunnen elektronen die worden geproduceerd door een nucleaire explosie op dezelfde manier vast komen te zitten in het magnetische veld van de aarde als in de natuur voorkomende stralingsgordels," zei Cunningham. "Als deze elektronen jarenlang vast komen te zitten in de binnenste stralingsgordel, kunnen ze bestaande satellieten vernietigen en het onmogelijk maken om nieuwe in te zetten."

Onderzoekers in de heliofysica-gemeenschap gebruiken al lang de quasilineaire theorie, die plasmaturbulentie verklaart, om deeltjesverstrooiing te begrijpen. Simulatiemodellen gebaseerd op de theorie spelen een belangrijke rol bij het begrijpen hoe ruimtetechnologie kan worden beschermd.

Maar door zijn onderzoek probeerde Cunningham artikelen opnieuw af te leiden op basis van quasilineaire theorie en ontdekte hij fouten in de al lang bestaande vergelijking die in de ruimtefysica-gemeenschap wordt gebruikt.

"In bepaalde soorten modellen kan deze fout echt van invloed zijn op het antwoord dat je krijgt; je kunt een verschil van ordes van grootte krijgen in de verstrooiingspercentages", zei Cunningham. "Onderzoekers die de afgelopen twintig tot dertig jaar artikelen hebben geschreven, kunnen nu teruggaan en kijken of dit hun werk beïnvloedt."

"De fout bleef zo ​​lang onontdekt, simpelweg omdat de onderzoeksgemeenschap niet dacht dat de oorspronkelijke auteurs, die veel geciteerde onderzoekers in het veld zijn, deze fout hadden kunnen maken," voegde hij eraan toe.

Het artikel van Cunningham waarin de fouten worden beschreven, is onlangs gepubliceerd in Journal of Geophysical Research:Space Physics .

Meer informatie: Gregory S. Cunningham, oplossing van een paar problemen bij de toepassing van quasilineaire theorie op het berekenen van diffusiecoëfficiënten in de heliofysica, Journal of Geophysical Research:Space Physics (2023). DOI:10.1029/2023JA031703

Geleverd door Los Alamos Nationaal Laboratorium