'Zebra Stripes' in het magnetisch veld van de aarde hebben een verrassende bron

Vreemde stripachtige kenmerken in het magnetisch veld van de aarde worden veroorzaakt door de spin van de planeet en niet door het constante bombardement van zonnedeeltjes zoals eerder werd gedacht, zeggen wetenschappers.

De zogenaamde "zebrastrepen" vormen wanneer het elektrische veld rond de aarde dat wordt gegenereerd door de rotatie van de planeet - voorheen gedacht dat het te zwak is om de snel bewegende deeltjes te treffen - een gestreept patroon in de binnenste elektronenband creëert.

"Kenmerken die vergelijkbaar zijn met zebrastrepen zijn eerder afgeleid van elektronenmetingen op lage hoogte", zegt hoofdonderzoeksauteur Sasha Ukhorskiy van Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Maryland. Ukhorskiy was de hoofdauteur van de nieuwe studie die de patronen van geladen deeltjes onderzocht en hun interacties met de rotatie van de aarde gemodelleerd. [Earth Quiz: Ken jij echt je thuisplaneet?]

Van de "zebrastrepen" werd eerder gedacht dat ze werden veroorzaakt door de veranderende stroom deeltjes die uit de zon stroomden.

"Het is vanwege de ongekende hoge energie en temporele resolutie van ons energetisch deeltjesexperiment RBSPICE - onderdeel van de Van Allen Probes NASA-missie - dat we nu begrijpen dat de elektronen van de binnenste gordel in feite altijd in zebrapatronen zijn georganiseerd," Ukhorskiy vertelde ProfoundSpace.org via e-mail.

Een gestreept schild

Het magnetisch veld van de aarde omringt de planeet als een schild en beschermt het tegen het constante bombardement van geladen deeltjes op de zon. Een kleine kanteling in de as van dit veld creëert een zwak elektrisch veld dat de binnenste stralingsriem doordringt. De interactie tussen de twee creëert de zebrastrepen, die geconcentreerde verdelingen zijn van hoog energetische elektronen gevangen in het magnetisch veld van de aarde. Deze functies zijn onzichtbaar voor het menselijk oog.

"Als de inwendige gordel elektronenpopulaties worden gezien als een viskeuze vloeistof - wat slechts een analogie is - strekken en vouwen deze globale oscillaties dat veld, net zoals taffy wordt uitgerekt en gevouwen in een snoepwinkel," zei Ukhorskiy. "Dit uitrek- en vouwproces resulteert in het gestreepte patroon over de gehele binnenste elektronenband."

Vóór deze nieuwe bevinding dachten wetenschappers dat het veld dat werd gecreëerd door de rotatie van de planeet te zwak was om de zebrastrepen te vormen omdat het de snelheid van de deeltjes slechts met 1 tot 2 kilometer per seconde veranderde (0.6 tot 1.2 mijl per seconde) - wat niet zo is niet veel, gezien de deeltjes bijna 100.000 km / s hadden afgelegd. In plaats daarvan schreven de wetenschappers de vorming van de kenmerken toe aan interacties met de steeds veranderende zonnewind en de aanwezigheid van geomagnetische stormen.

Ukhorskiy bestudeerde met een team van wetenschappers de gegevens verzameld door de Van Allen Probes om vast te stellen dat de zebrastrepen een constante armatuur in het magnetisch veld van de aarde zijn, in plaats van elementen waarvan de formatie wordt bepaald door de steeds veranderende aanwezigheid van de zonnewind.

"Het feit dat zebrapatronen worden waargenomen - en duidelijker zijn - tijdens intervallen van stille zonne-windcondities was de belangrijkste aanwijzing dat het de rotatie van de aarde moet zijn die hen drijft," zei Ukhorskiy.

De aanwezigheid van de strepen alleen tijdens rustige periodes was de eerste aanwijzing dat de zonnewind niet de drijvende kracht achter hen was. Ukhorskiy en zijn team gingen verder met het modelleren van de interacties tussen het magnetische veld en het zwakke elektrische veld gegenereerd door de rotatie van de planeet. Ze concludeerden dat deze interactie de zebrastrepen creëerde.

Zebrastrepen vormen alleen in de binnenste elektronenband, die zich uitstrekt van de aardatmosfeer tot ongeveer 13000 kilometer boven het aardoppervlak. De buitenste elektronengordijnen nemen het grootste deel van de zonnewind, waardoor een onstabiele omgeving van concurrerende processen.

De nieuwe bevindingen werden online 19 maart gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Strepen in het zonnestelsel

Gelanceerd in 2012, de Van Allen Probes bestaan ​​uit twee ruimtevaartuigen die zich bevinden in de geconcentreerde gebieden van het elektrische veld van de aarde, de zogenaamde Van Allen-gordels. De satellieten bestuderen elektronen in de stralingsgordel, en hoe hun gedrag verandert in de tijd en als gevolg van interacties met zonnedeeltjes.

Hoewel de stralingsgordel het meeste schadelijke materiaal dat uit de zon stroomt afbuigt, kunnen massieve zonnestormen op de ster af en toe grote hoeveelheden materiaal naar de planeet slingeren die van invloed kunnen zijn op satellieten, communicatiesystemen en elektriciteitsnetten. Inzicht in hoe het schild van de aarde in wisselwerking staat met deze deeltjes kan wetenschappers helpen de maatregelen te meten die nodig zijn om deze systemen te beschermen.

Zebrastrepen kunnen andere planeten in het zonnestelsel omgeven. Ukhorskiy zei dat de rotatiekrachten van Jupiter en Saturn veel prominenter zijn in het beïnvloeden van hun plasma-omgevingen, waardoor het geconcentreerde patroon een waarschijnlijk kenmerk is van hun stralingsgordels. De Juno-missie van NASA werd gelanceerd in 2011 en zal in juli 2016 Jupiter bereiken en zou zebrastrepen in de stralingsgordel van de gasreus moeten zien.

Toen hem werd gevraagd naar de volgende stap, zei Ukhorskiy: "Naar mijn mening is de meest intrigerende wetenschappelijke vraag of er soortgelijke of prominentere kenmerken bestaan ​​op de buitenste planeten."