Van Allen -vyöt syttyvät aurinkohiukkasista. Kuvan luotto: NASA / Tom Bridgman. Klikkaa suurentaaksesi
NASA: n johtaman ryhmän uuden tutkimuksen mukaan "turvallinen alue" maapallon ympäröivissä säteilyvyöhykkeissä siirtyy korkeudelle ja leveydelle korkeammalle aurinkoaktiivisuuden huipulle. Turvallinen alue tarjoaa pienemmät säteilyintensiteetit kaikille potentiaalisille avaruusaluksille, joiden täytyy lentää säteilyvyön alueella.
"Tämä uusi tutkimus tuo meidät lähemmäksi ymmärrystä siitä, kuinka osa säteilyvyöstä katoaa", kertoi tohtori Shing Fung NASA: n Goddard-avaruuslentokeskuksesta, Greenbelt, MD. Fung on johtava kirjoittaja tutkimuksesta, joka ilmestyy geofysikaalisten tutkimuskirjeiden riviversio 22. helmikuuta.
Ryhmä perusti tuloksensa nopeiden hiukkasten (elektronien) mittauksiin, jotka käsittävät Van Allen -säteilyvyön, Kansallisen valtameren ja ilmakehän hallinnon polaarikiertoradalla olevien meteorologisten avaruusalusten sarjoista vuosina 1978-1999. Avaruusaluksen lentäessä polar-kiertoradallaan, he havaitsivat vähemmän säteilyvyöhiukkasia tietyllä leveysalueella osoittaen avaruusaluksen turvallisten vyöhykkeiden kulkua. Tutkijat vertasivat suhteellisen matalien aurinkoaktiivisuusaikojen aikana otettuja tietoja, joita kutsutaan aurinkoenergian minimiksi, ja tietoja aurinkoenergian huippuaktiivisuusaikoista, joita kutsutaan aurinko-maksimiksi. He huomasivat siirtymisen turvallisen alueen sijainnissa kohti korkeampia leveysasteita, ja siten korkeuksia, aurinko-maksimien aikana.
Jos säteilyvyöt olisivat näkyvissä, ne muistuttaisivat maapallon ympärillä paria munkkeja, yksi toisensa sisällä maan kanssa sisimmän donitsin ”aukossa”. Turvallinen alue, jota kutsutaan ”rakoalueeksi”, näyttäisi raon sisäisen ja ulkoisen munkin välillä. Vyöt koostuvat tosiasiassa nopeista, sähköisesti varautuneista hiukkasista (elektronit ja atomitumat), jotka ovat loukussa maan magneettikentässä.
Maapallon magneettikenttä voidaan edustaa magneettisen voiman linjoilla, jotka ilmestyvät eteläpolaarisesta alueesta, avaruuteen ja takaisin pohjoispolaariselle alueelle. Koska säteilyvyön hiukkaset ovat varautuneita, niiden liikkeitä ohjaavat magneettiset voimalinjat. Loukkuun jääneet hiukkaset kimpoavat pylväiden välillä kiertyessään kenttäviivojen ympäri.
Erittäin matalan taajuuden (VLF) radioaallot ja taustakaasu (plasma) ovat myös loukussa tällä alueella. Aivan kuten prisma, joka voi taivuttaa valonsädettä, plasma voi taipua VLF-aallon etenemisreittejä aiheuttaen aaltojen virtauksen Maan magneettikentää pitkin. VLF-aallot puhdistavat turvallisen alueen vuorovaikutuksessa säteilyvyön hiukkasten kanssa, poistamalla vähän niiden energiasta ja muuttamalla suuntaa. Tämä alentaa paikkaa napa-alueiden yläpuolella, missä hiukkaset pomppivat (kutsutaan peilipisteeksi). Lopulta peilipiste laskee niin alhaiseksi, että se on maan ilmakehässä. Kun tämä tapahtuu, loukkuun jääneet hiukkaset törmäävät ilmakehän hiukkasiin ja häviävät.
Ryhmän mukaan turvallinen alue luodaan alueelle, jolla olosuhteet ovat suotuisat VLF-aaltojen hiukkasten potkimiseen. Heidän tutkimuksensa on ensimmäinen osoitus siitä, että tämän alueen sijainti voi muuttua aurinkoaktiivisuuden myötä. Aurinko käy läpi 11-vuotisen aktiivisuussyklin maksimista minimiin ja takaisin. Auringon maksimin aikana lisääntynyt auringon ultravioletti (UV) säteily lämmittää maan yläkehän ilmakehää, ionosfääriä, aiheuttaen sen laajenemisen. Tämä lisää maapallon magneettikentään loukkuun jääneen plasman tiheyttä.
Suotuisat olosuhteet VLF-aalto-hiukkasten vuorovaikutukselle riippuvat plasman tiheyden ja magneettikentän voimakkuuden erityisestä yhdistelmästä. Vaikka plasman tiheys yleensä pienenee korkeudella, ionosfäärin laajeneminen auringon maksimimäärän aikana tekee plasmasta tiheämmän turvallisen vyöhykkeen aurinko-minimikorkeudessa ja pakottaa turvallisen vyöhykkeen suotuisan plasmatiheyden muuttamaan korkeampaan korkeuteen. Lisäksi magneettikentän voimakkuus pienenee myös korkeuden kanssa. Jotta turvalliselle vyöhykkeelle saadaan suotuisa magneettikentän voimakkuus korkeammilla korkeuksilla, joudutaan siirtymään kohti napoja (korkeampia leveysasteita), missä magneettikenttäviivat ovat keskittyneempiä ja siten vahvempia.
"Tämä löytö auttaa kaventamaan primaarisen aalto-hiukkasten vuorovaikutusalueen etsintää, joka luo turvallisen alueen", sanoi Fung. "Vaikka yksikään tunnettu avaruusalus ei käytä turvallista vyöhykettä nykyään laajasti, tietomme voisi auttaa suunnittelemaan ja toteuttamaan tulevia operaatioita, jotka haluavat hyödyntää vyöhykettä."
Tutkijoiden mukaan heidän löytönsä mahdollisti ryhmän kehittämä uusi tiedonvalinta- ja hakuväline, nimeltään Magnetospheric State Query System. Tutkimusta rahoittivat NASA ja Kansallinen tutkimusneuvosto. Ryhmään kuuluvat Fung, tohtori Xi Shao (Kansallinen tutkimusneuvosto, Washington) ja tohtori Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, MD).
Alkuperäinen lähde: NASA: n lehdistötiedote
