Elektronfluxer i jordens strålingsbælter opstår som et resultat af samspillet mellem kosmiske stråler og atomer i den øverste atmosfære af planeten, og "slår ud" neutroner fra dem, siger en artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature.
”For første gang var vi i stand til at registrere oprettelsen af disse højenergi-elektroner ved den indre kant af Van Allen-bælterne. Det lykkedes os at løse en gåte, som fysikere undrede sig over i næsten seks årtier,”sagde Xinlin Li fra University of Colorado i Boulder (USA).
Jorden har, i modsætning til Venus og en række andre planeter i solsystemet, sit eget magnetiske felt, der genereres som et resultat af bevægelsen af flydende metalstrømme i sin kerne. Dette magnetiske felt fungerer som en slags "skjold", der reflekterer kosmiske stråler, partikler med høj energi, og beskytter Jorden mod solvind og koronale masseudsprøjtninger på Solen.
Spor for dens eksistens er de såkaldte van Allen-bælter - to områder i højder på omkring 6 tusind og 60 tusind kilometer fra jordoverfladen, hvor der er et stort antal højenergiprotoner og elektroner, "fanget" af jordens magnetfelt og bevæger sig i en slags magnetfælde. Deres interaktion med atmosfæren genererer smukke auroras, og under solbrænding fører det til radiointerferens og andre tekniske problemer.
Et af de vigtigste mysterier for Van Allen-bælterne siden deres opdagelse i 1958 er hvor de højenergiske elektroner og protoner, der bebor jordens strålingsskærm og forårsager fakler ved planetens poler, kommer fra. Som Lee bemærker, har forskere længe mistænkt, at deres kilde er kosmiske stråler, der kolliderer med atomer i atmosfæren, men de havde ikke entydige beviser for dette.
Et yderligere problem er, at kosmiske stråler, der genereres af supernovaeksplosioner og pulsaraktivitet, "bombarderer" Jorden med omtrent samme frekvens, mens antallet og egenskaber af elektroner i Van Allen-bælterne kan ændre sig dramatisk med en meget høj hastighed. Dette får mange forskere til at tvivle på, at disse elektroner opstår som et resultat af neutronfald, som kosmiske stråler "banker ud" af nitrogen- og iltatomer.
For at teste disse ideer samlet Lee og hans studerende CSSWE-mikrosatellit, udstyret med miniatyrpartikler af elektron- og protondetektorerne, der blev udviklet ved University of Colorado til RBSP-prober, der blev lanceret af NASA i august 2012 for at studere strukturen af Van Allen-bælterne.
Denne satellit blev lanceret i en lavere bane, og den studerede ikke de indre lag af Van Allen-bælterne, men den nedre kant af dens første del, hvor, som forskere antydede, elektroner og protoner skulle fødes under kollisioner af gasmolekyler og "gæster fra rummet".
Salgsfremmende video:
Sådanne kollisioner, som forskerne forklarer, burde føre til produktion af protoner og elektroner i meget smalle energiområder, så de let kan beregnes og estimeres, hvor ofte kosmiske stråler kolliderer med atmosfæriske atomer og forstå, hvilken rolle de spiller i udfyldningen af Van Allen-bælterne og hvordan de kommer dertil.
Som disse målinger viste, opstår sådanne elektroner i store mængder i en højde, der er omtrent lig med Jordens radius, og hastigheden af deres dannelse og deres egenskaber forblev konstant i alle regioner og i alle højder. Dette taler for det faktum, at de faktisk genereres af kosmiske stråler.
Desuden bevises dette af antallet af elektroner, der er registreret af CSSWE - deres antal, som videnskabsmændene bemærker, svarer næsten ideelt til, hvor mange neutroner der skal generere kosmiske stråler. Alt dette vidner derfor om, at næsten alle elektroner, der deltager i fødselen af auroras, er af en virkelig "kosmisk" oprindelse.