Luonnos maan eri alueista magnetosfäärissä. Klikkaa suurentaaksesi
ESAn Cluster-avaruusalukset olivat oikeassa paikassa oikeaan aikaan, kun ne lentävät maapallon magneettikentän alueen läpi, joka kiihdyttää elektroneja noin 1/100: een valonopeudesta. Tätä aluetta kutsutaan elektronidiffuusioalueeksi; vain muutaman kilometrin paksuinen raja maan magneettikentän ja Auringon välillä. Tunnin kuluessa avaruusalukset tunkeutuivat elektronidiffuusioalueelle, koska aurinkotuuli sai tämän kerroksen liikkumaan edestakaisin.
ESAn Cluster-satelliitit ovat lentäneet maapallon magneettikentän alueiden läpi, jotka kiihdyttävät elektroneja noin sadanteen valonopeuteen. Havainnot esittelevät klusteritieteilijöitä ensimmäisen havaitsemalla nämä tapahtumat ja antavat heille katsauksen magneettisen uudelleenkytkennäksi kutsutun universaalin prosessin yksityiskohtiin.
Neljä Cluster-avaruusalusta löysi 25. tammikuuta 2005 oikeassa paikassa oikeaan aikaan: avaruusalueen, joka tunnetaan elektronidiffuusioalueena. Se on vain muutaman kilometrin paksuinen raja, joka esiintyy noin 60 000 kilometrin korkeudessa maanpinnan yläpuolella. Se merkitsee rajaa Maan ja Auringon magneettikentän välillä. Auringon magneettikenttä kuljetetaan maan päälle sähköisesti varautuneiden hiukkasten tuulen avulla, joka tunnetaan nimellä aurinkotuuli.
Elektronidiffuusioalue on kuin sähkökytkin. Kun se käännetään, se käyttää Auringon ja Maan magneettikenttiin varastoitunutta energiaa lämmittämään lähellä olevia sähköisesti varautuneita hiukkasia suurilla nopeuksilla. Tällä tavoin se käynnistää prosessin, joka voi johtaa auroron luomiseen maan päälle, jossa nopeasti liikkuvat varautuneet hiukkaset törmäävät ilmakehän atomien kanssa ja saavat ne hehkumaan.
Elektronien diffuusioalueilla on myös synkempi puoli. Kiihdytetyt hiukkaset voivat vahingoittaa satelliitteja törmäämällä niihin ja aiheuttamalla sähkövarausten muodostumista. Nämä oikosulku ja tuhoavat herkät laitteet.
Yhdeksäntoista kertaa tunnissa, Cluster-kvartetti löysi itsensä juuttuneen elektronidiffuusioalueelle. Tämä johtui siitä, että aurinkotuuli puhalsi rajakerrosta, aiheuttaen sen liikkumisen edestakaisin. Jokainen elektronidiffuusioalueen ylitys kesti vain 10-20 millisekuntia jokaiselta avaruusaluksesta ja silti ainutlaatuinen instrumentti, joka tunnetaan nimellä elektronin kulkeutumisväline (EDI), oli riittävän nopea kiihdytettyjen elektronien mittaamiseen.
Havainto on tärkeä, koska se tarjoaa vielä täydellisimmät mittaukset elektronidiffuusioalueesta. ”Edes maailman parhaat tietokoneet eivät voi simuloida elektronien diffuusioalueita; heillä ei vain ole laskentatehoa tehdä sitä ”, sanoo Forrest Mozer, Kalifornian yliopisto, Berkeley, joka johti klusteritietojen tutkimusta.
Tiedot tarjoavat korvaamatonta tietoa magneettisen uudelleenkytkennän prosessista. Ilmiö esiintyy kaikkialla maailmankaikkeudessa monilla eri asteikoilla, missä tahansa on sekalaisia magneettikenttiä. Näissä monimutkaisissa tilanteissa magneettikentät romahtavat toisinaan stabiilimpiin kokoonpanoihin. Tämä on uudelleenkytkentä ja vapauttaa energiaa elektronidiffuusioalueiden kautta. Auringossa magneettinen uudelleenkytkentä ajaa auringon soihdut, jotka vapauttavat toisinaan valtavia määriä energiaa auringonpisteiden yläpuolella.
Tällä työllä voi olla myös tärkeä vaikutus energian tarpeiden ratkaisemiseen maapallolla. Ydinfyysikot, jotka yrittävät rakentaa fuusiogeneraattoreita, yrittävät luoda vakaita magneettikenttiä reaktoriinsa, mutta niitä vaivaa uudelleenkytkentätapahtumat, jotka pilaavat heidän kokoonpanonsa. Jos uudelleenkytkentäprosessi voidaan ymmärtää, ehkä selviää tapoja estää se ydinreaktoreissa.
Se on kuitenkin vielä tulevaisuudessa. "Meidän on tehtävä paljon enemmän tiedettä, ennen kuin ymmärrämme täydellisesti uudelleenkytkentää", sanoo Mozer, jonka tavoitteena on nyt ymmärtää, mitkä aurinkotuulen olosuhteet laukaisevat uudelleenkytkentätapahtumat ja niihin liittyvät elektronien diffuusioalueet, joita klusteri näkee.
Alkuperäinen lähde: ESA-portaali
