De aarde omcirkelen, binnen zijn magnetosfeer, zijn twee concentrische, donutvormige stralingsgordels bekend als de Van Allen-gordels. De Van Allen-gordels zwellen en wijken af ​​als reactie op binnenkomende energie van de zon, soms ver genoeg golvend om satellieten en andere ruimtevaartuigen in een baan om de aarde bloot te stellen aan schadelijke straling die elektronische communicatie en navigatiesignalen kan verstoren, evenals elektriciteitsnetten. Deze elektronen in de stralingsgordel reizen met de snelheid van het licht en zenden en absorberen golven uit die door wetenschappers worden gebruikt om ruimteweer te begrijpen.

Een internationaal team van wetenschappers ontdekte onlangs de rol die hete elektronen kunnen spelen in de golven en fluctuaties die door satellieten worden gedetecteerd. Het onderzoeksteam rapporteert deze week zijn bevindingen in Fysica van plasma's . Hun resultaten zijn gebaseerd op gegevens verzameld door de Van Allen Probes, tweelingrobotruimtevaartuig gelanceerd door NASA in 2012 om wetenschappers te helpen deze gordelgebieden beter te begrijpen.

Eerder onderzoek was gericht op laagfrequente elektromagnetische golven die worden uitgezonden door koude elektronen als de belangrijkste oorzaak van versnelling en verlies van relativistische elektronen. Deze interacties tussen golven en deeltjes hebben een directe invloed op de breedte van de banden. Laagfrequente golven omvatten plasmagolven in Whistler-modus, zo genoemd naar het sissende of statische geluid dat ze maken dat hoorbaar is via een luidspreker.

Deze algemene theorie beschrijft elektronen uit zonnewind die in wisselwerking staan ​​met deze laagfrequente plasmagolven. Dit zorgt ervoor dat de elektronen een enorme hoeveelheid energie krijgen van de versterking van de fluitende golven via de omringende plasmasfeer.

Echter, volgens het onderzoeksteam laagfrequente golven worden meestal geassocieerd met actieve magnetosferische omstandigheden, die niet altijd voorkomen. In tegenstelling tot, hoogfrequente quasi-elektrostatische (ES) fluctuaties in de hogere hybride frequentie zijn een constant en alomtegenwoordig kenmerk in de omgeving van de stralingsgordel van de aarde, zoals onlangs werd ontdekt door nieuwe gegevens van de Van Allen Probes.

"Af en toe laagfrequente golven met extreem grote amplitudes kunnen de elektronen plotseling versnellen, " zei Junga Hwang, hoofdonderzoeker aan het Korea Astronomy and Space Science Institute in Zuid-Korea en co-auteur van het artikel. "Maar we geloven dat het de hoogfrequente ES-fluctuaties zijn die constant worden uitgezonden en opnieuw geabsorbeerd door de hete elektronen, waardoor deze stralingsgordel-elektronen lange tijd in de buitenste Van Allen-band kunnen blijven."

In hun studie hebben de onderzoekers keken naar elektronen in drie energiebereiken:koude elektronen, hete elektronen en relativistische elektronen. Koude elektronen dragen voornamelijk bij aan de achtergrondelektronendichtheid. Hete elektronen staan ​​bekend als de belangrijkste bron voor het maken van golven. De relativistische elektronen, In de tussentijd, resultaat van deeltjesversnellingsprocessen, maar ze hebben geen invloed op de gemiddelde plasmakarakteristieken. De onderzoekers kozen voor "rustige" intervallen om de hoogfrequente golven te bestuderen wanneer de laagfrequente plasmagolven afwezig waren.

"Aangezien hete elektronen slechts een klein deel uitmaken van de totale elektronendichtheid, de algemene gedachte was dat de fluctuaties van de hogere hybride alleen nuttig zijn als een hulpmiddel voor het indirect meten van de koude elektronengetaldichtheid, zei Hwang. "Echter, de gegevens van de Van Allen Probes toonden aan dat fluctuaties van de hogere hybride ES (elektrostatische) alomtegenwoordig en alomtegenwoordig zijn in de stralingsgordels. Vanaf daar, we hebben bewezen dat de aanwezigheid van hete elektronen en upper-hybride fluctuaties onderling gerelateerd fenomeen zijn."