Elektronenflüsse in den Strahlungsgürteln der Erde entstehen durch die Wechselwirkung kosmischer Strahlen mit Atomen in den oberen Schichten der Planetenatmosphäre, wodurch Neutronen aus ihnen "herausgeschlagen" werden, so ein in der Zeitschrift Nature veröffentlichter Artikel.
„Zum ersten Mal konnten wir die Entstehung dieser hochenergetischen Elektronen am inneren Rand der Van-Allen-Bänder nachweisen. Wir haben es geschafft, ein Rätsel zu lösen, über das sich die Physiker fast sechs Jahrzehnte lang Gedanken gemacht haben “, sagte Xinlin Li von der Universität von Colorado in Boulder (USA).
Die Erde hat im Gegensatz zur Venus und einer Reihe anderer Planeten des Sonnensystems ein eigenes Magnetfeld, das durch die Bewegung flüssiger Metallströme in ihrem Kern erzeugt wird. Dieses Magnetfeld wirkt als eine Art "Schild", der kosmische Strahlen und hochenergetische geladene Teilchen reflektiert und die Erde vor Sonnenwind und koronalen Massenauswürfen auf der Sonne schützt.
Spuren seiner Existenz sind die sogenannten Van-Allen-Gürtel - zwei Gebiete in Höhen von etwa 6.000 und 60.000 Kilometern von der Erdoberfläche, in denen sich eine große Anzahl energiereicher Protonen und Elektronen befindet, die vom Erdmagnetfeld "gefangen" werden und sich in einer Art Magnetfalle bewegen. Ihre Wechselwirkung mit der Atmosphäre erzeugt wunderschöne Auroren und führt bei Sonneneruptionen zu Funkstörungen und anderen technischen Problemen.
Eines der Hauptgeheimnisse der Van-Allen-Gürtel seit ihrer Entdeckung im Jahr 1958 ist, woher die hochenergetischen Elektronen und Protonen stammen, die den Strahlungsschild der Erde bewohnen und Fackeln an den Polen des Planeten verursachen. Wie Lee bemerkt, haben Wissenschaftler lange vermutet, dass ihre Quelle kosmische Strahlen sind, die mit Atomen in der Atmosphäre kollidieren, aber sie hatten keine eindeutigen Beweise dafür.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass kosmische Strahlen, die durch Supernova-Explosionen und Pulsaraktivität erzeugt werden, die Erde mit ungefähr derselben Frequenz "bombardieren", während sich Anzahl und Eigenschaften der Elektronen in den Van-Allen-Gürteln mit sehr hoher Geschwindigkeit dramatisch ändern können. Dies lässt viele Forscher bezweifeln, dass diese Elektronen durch Neutronenzerfälle entstehen, die kosmische Strahlen aus Stickstoff- und Sauerstoffatomen "ausklopfen".
Um diese Ideen zu testen, bauten Lee und seine Studenten den CSSWE-Mikrosatelliten zusammen, der mit Miniaturgegenstücken der Elektronen- und Protonendetektoren ausgestattet war, die an der Universität von Colorado für die von der NASA im August 2012 eingeführten RBSP-Sonden entwickelt wurden, um die Struktur der Van-Allen-Gürtel zu untersuchen.
Dieser Satellit wurde in eine niedrigere Umlaufbahn gebracht und untersuchte nicht die inneren Schichten der Van-Allen-Gürtel, sondern die Unterkante seines ersten Teils, wo, wie Wissenschaftler vorschlugen, Elektronen und Protonen bei Kollisionen von Gasmolekülen und "Gästen aus dem Weltraum" erzeugt werden sollten.
Werbevideo:
Solche Kollisionen sollten, wie Wissenschaftler erklären, zur Bildung von Protonen und Elektronen in sehr engen Energiebereichen führen, damit sie leicht berechnet und geschätzt werden können, wie oft kosmische Strahlen mit atmosphärischen Atomen kollidieren, und verstehen, welche Rolle sie beim Füllen der Van-Allen-Gürtel spielen und wie sie dorthin kommen.
Wie diese Messungen zeigten, entstehen solche Elektronen in großen Mengen in einer Höhe, die ungefähr dem Erdradius entspricht, und die Geschwindigkeit ihrer Bildung und ihre Eigenschaften blieben in allen Regionen und in allen Höhen konstant. Dies spricht für die Tatsache, dass sie tatsächlich durch kosmische Strahlung erzeugt werden.
Dies wird außerdem durch die Anzahl der von der CSSWE aufgezeichneten Elektronen belegt - ihre Anzahl entspricht, wie Wissenschaftler feststellen, fast idealerweise der Anzahl der Neutronen, die kosmische Strahlung erzeugen sollen. All dies zeugt dementsprechend davon, dass fast alle an der Geburt der Auroren beteiligten Elektronen wirklich "kosmischen" Ursprungs sind.
