Las sondas Van Aleen de la NASA Descubre Acelerador de partículas en el corazón de los cinturones de radiación de la Tierra

Recientes observaciones de gemelos Van Allen sondas de la NASA muestran que las partículas en los cinturones de radiación que rodean la Tierra son acelerados por una patada locales de la energía, lo que ayuda a explicar cómo estas partículas alcanzan velocidades de 99 por ciento de la velocidad de la luz.
Crédito de la imagen: G. Reeves / M. Henderson

Los científicos han descubierto un enorme acelerador de partículas en el corazón de una de las regiones más hostiles del espacio cercano a la Tierra, una región de partículas super-energéticos, cargadas que rodean el mundo llamó a los cinturones de radiación de Van Allen. Los científicos sabían que algo en partículas aceleradas espacio en los cinturones de radiación de más del 99 por ciento de la velocidad de la luz, pero que no sabían qué era ese algo. Nuevos resultados de Van Allen Las sondas de la NASA muestran ahora que la energía de aceleración viene de dentro de las propias bandas. Las partículas dentro de los cinturones se aceleran mediante lanzamientos locales de energía, abofeteando las partículas a velocidades cada vez más rápidas, como un empuje perfectamente sincronizado en un columpio en movimiento.

El descubrimiento de que las partículas son aceleradas por una fuente local de energía es similar al descubrimiento de que los huracanes nacen de una fuente de energía local, como una región de agua caliente del océano. En el caso de los cinturones de radiación, la fuente es una región de las ondas electromagnéticas intensas, aprovechar la energía de otras partículas situadas en la misma región. Conocer la ubicación de la aceleración ayudará a los científicos a mejorar las predicciones del clima espacial, porque los cambios en los cinturones de radiación puede ser riesgoso para los satélites cerca de la Tierra. Los resultados fueron publicados en la revista Science el 25 de julio de 2013.

A fin de que los científicos a entender mejor los cinturones, las sondas Van Allen fueron diseñadas para volar a través de esta área intensa del espacio. Cuando la misión lanzada en agosto de 2012, que tenía objetivos de alto nivel para comprender cómo las partículas en los cinturones se aceleran a energías ultra altas, y cómo las partículas a veces puede escapar.Determinando que esta aceleración súper proviene de estos retrocesos locales de energía, en lugar de un proceso más global, los científicos han sido capaces de responder definitivamente a una de esas preguntas importantes por primera vez.

"Este es uno de los más esperados y emocionantes resultados de las sondas de Van Allen", dijo David Sibeck, Van Allen Sondas científico del proyecto en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Md. "Se va al corazón de por qué lanzamos la misión ".

Los cinturones de radiación fueron descubiertos en el lanzamiento de los primeros satélites de Estados Unidos ha enviado con éxito al espacio, Explorers I y III. Se dio cuenta rápidamente de que las cintas fueron algunos de los entornos más peligrosos de una nave espacial puede experimentar. La mayoría de las órbitas de satélite son elegidos para agacharse debajo de los cinturones de radiación o círculo fuera de ellos, y algunos satélites, como la nave espacial GPS, deben funcionar entre las dos cintas. Cuando las cintas se hinchan debido a la meteorología espacial entrante, que pueden abarcar estas naves espaciales, exponiéndolos a radiación peligrosa. De hecho, un número importante de fallos permanentes en las naves espaciales han sido causados por la radiación. Con suficiente advertencia, podemos proteger la tecnología de las peores consecuencias, pero tal advertencia sólo se puede lograr si realmente comprendemos la dinámica de lo que está sucediendo dentro de estas misteriosas cintas.

"Hasta la década de 1990, pensamos que los cinturones de Van Allen fueron muy bien atendidos y cambiar poco a poco", dijo Geoff Reeves, el primer autor del artículo y científico cinturón de radiación en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Los Álamos, Nuevo México "Con más y más medidas, sin embargo, nos dimos cuenta de la rapidez y de manera impredecible cambiar los cinturones de radiación. Son básicamente nunca en equilibrio, pero en un estado constante de cambio. "

De hecho, los científicos se dieron cuenta de que los cinturones no tienen ni siquiera cambian constantemente en respuesta a lo que parecen ser estímulos similares. Algunas tormentas solares causaron los cinturones de intensificar, mientras que otros hicieron que los cinturones que se agotan, y algunos parecían tener casi ningún efecto en absoluto. Tales efectos dispares de eventos aparentemente similares sugieren que esta región es mucho más misterioso que se pensaba. Para entender - y, finalmente, predecir - que las tormentas solares se intensificarán los cinturones de radiación, los científicos quieren saber dónde está la energía que acelera las partículas viene.

Los gemelos Van Allen Las sondas fueron diseñados para distinguir entre dos amplias posibilidades en los procesos que aceleran las partículas a velocidades tan sorprendentes: la aceleración radial o aceleración local. En aceleración radial, las partículas son transportadas perpendicular a los campos magnéticos que rodean la Tierra, desde las zonas de baja intensidad magnética lejos de la Tierra a las zonas de alta intensidad magnética cercana a la Tierra. Las leyes de la física dictan que las velocidades de las partículas en este escenario se acelerará cuando aumenta la intensidad del campo magnético. Así que la velocidad aumentaría a medida que se mueven las partículas hacia la Tierra, tanto la forma de una roca rodando por la colina gana velocidad, simplemente debido a la gravedad. Los depósitos locales teoría de aceleración que las partículas ganan energía de una fuente de energía local más similar a la forma en que el agua del océano caliente genera un huracán por encima de ella.

Dos franjas de partículas que rodean la Tierra llamados cinturones de radiación son uno de los mayores aceleradores naturales en el sistema solar, capaces de empujar las partículas hasta un 99% la velocidad de la luz. Las sondas Van Allen lanzó en agosto de 2012, han descubierto los mecanismos detrás de esta aceleración.
Crédito de la imagen:
NASA / Goddard / Scientific Visualization Studio

Para ayudar a distinguir entre estas posibilidades, las sondas Van Allen consisten en dos naves. Con dos conjuntos de observaciones, los científicos pueden medir las partículas y de las fuentes de energía en dos regiones del espacio al mismo tiempo, lo cual es crucial distinguir entre las causas que se producen localmente o vienen de lejos. Además, cada nave espacial está equipado con sensores para medir la energía de la partícula y la posición y determinar el ángulo de paso - es decir, el ángulo de movimiento con respecto a los campos magnéticos de la Tierra. Todo esto va a cambiar de manera diferente en función de las fuerzas que actúan sobre ellos, ayudando así a los científicos distinguir entre las teorías.

Equipado con estos datos, Reeves y su equipo observaron un aumento rápido de la energía de los electrones de alta energía en los cinturones de radiación el 9 de octubre de 2012. Si la aceleración de estos electrones se produce debido al transporte radial, uno podría medir efectos de partida primero lejos de la Tierra y moviéndose hacia el interior debido a la propia forma y la fuerza de los campos de los alrededores. En tal escenario, las partículas se mueven a través de campos magnéticos, naturalmente, saltan de uno a otro en una cascada similares, ganando velocidad y energía a lo largo del camino - en correlación con ese escenario de rocas rodando por una colina.

Pero las observaciones no muestran una intensificación que se formó más lejos de la Tierra y poco a poco se trasladó hacia el interior. En su lugar, mostraron un aumento en la energía que se inició justo en el medio de los cinturones de radiación y se extendió gradualmente tanto hacia el interior y hacia el exterior, lo que implica una fuente de aceleración local.

"En este caso en particular, toda la aceleración se produjo en cerca de 12 horas", dijo Reeves. "Con las medidas anteriores, un satélite podría haber sido sólo es capaz de volar a través de un evento de una sola vez, y no tener la oportunidad de ser testigo de los cambios que ocurren en realidad. Con las sondas Van Allen tenemos dos satélites y así podemos observar cómo cambian las cosas y dónde estos cambios comienzan ".

Los científicos creen que estos nuevos resultados conducirán a mejores predicciones de la compleja cadena de acontecimientos que intensifican los cinturones de radiación a niveles que pueden inhabilitar satélites. Mientras que el trabajo muestra que la energía local proviene de las ondas electromagnéticas que cursan a través de los cinturones, no se sabe exactamente lo que estas ondas pueden ser la causa. En el conjunto de las observaciones descritas en el documento, las sondas Van Allen observó un tipo específico de ondas llamadas ondas de coro, al mismo tiempo que se aceleran las partículas, pero más trabajo debe realizarse para determinar la causa y el efecto.

"Este trabajo ayuda a diferenciar entre dos grandes soluciones", dijo Sibeck. "Esto demuestra que la aceleración puede ocurrir a nivel local. Ahora los científicos que estudian las ondas y campos magnéticos saltarán a hacer su trabajo, y descubrir lo que la onda proporciona el empuje."

Por suerte, esta tarea también será ayudado por las sondas de Van Allen, que también fueron cuidadosamente diseñados para medir y distinguir entre los numerosos tipos de ondas electromagnéticas.

"Cuando los científicos diseñaron la misión y la instrumentación de las sondas, se miraron las incógnitas científicas y dijo:" Esto es una gran oportunidad para desbloquear algunos conocimientos básicos sobre cómo se aceleran partículas '", dijo Nicola J. Fox, científico adjunto del proyecto en el Laboratorio de la Universidad Johns Hopkins de Física Aplicada en Laurel, Md. "Con cinco suites idénticas de los instrumentos a bordo de la nave espacial gemela - cada uno con una amplia gama de partículas y el campo y la detección de onda - tenemos la mejor plataforma jamás creados para comprender mejor esta crítica región del espacio por encima de la Tierra ".

El Laboratorio de Física Aplicada construyó y opera los gemelos Van Allen Sondas para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. Las sondas Van Allen comprenden la segunda misión en la vida de la NASA con un programa estrella, gestionado por Goddard, para explorar aspectos del sistema Sol-Tierra conectada que afectan directamente a la vida y la sociedad.

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