Enorme ringer av elektrisk ladede partikler omkranser jorden og andre planeter. Nå har et team av forskere fullført forskning på bølger som beveger seg gjennom dette magnetiske, elektrisk ladede miljøet, kjent som magnetosfæren, fordyper forståelsen av regionen og dens interaksjon med vår egen planet, og åpner for nye måter å studere andre planeter på tvers av galakse.
Forskerne, ledet av Eun-Hwa Kim, fysiker ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), undersøkte en type bølge som beveger seg gjennom magnetosfæren. Disse bølgene, k alt elektromagnetiske ionsyklotronbølger (EMIC), avslører blant annet temperaturen og tettheten til plasmapartiklene i magnetosfæren.
"Bølger er et slags signal fra plasma," sa Kim, hovedforfatter av en artikkel som rapporterte funnene i JGR Space Physics. "Derfor kan EMIC-bølgene brukes som diagnostiske verktøy for å avsløre noen av plasmaens egenskaper."
Kim og forskere fra Andrews University i Michigan og Kyung Hee University i Sør-Korea fokuserte forskningen sin på moduskonvertering, måten noen EMIC-bølger dannes på. Under denne prosessen kolliderer andre bølger som komprimeres langs retningen de beveger seg fra det ytre rom med jordens magnetosfære og utløser dannelsen av EMIC-bølger, som deretter zoomer av i en bestemt vinkel og polarisering - retningen som alle lysbølgene vibrerer i..
Ved bruk av PPPL-datamaskiner utførte forskerne simuleringer som viste at disse modus-konverterte EMIC-bølgene kan forplante seg gjennom magnetosfæren langs magnetiske feltlinjer i en normal vinkel som er mindre enn 90 grader, i forhold til grensen til regionen med rom. Å kjenne til slike egenskaper gjør det mulig for fysikere å identifisere EMIC-bølger og samle informasjon om magnetosfæren med begrenset innledende informasjon.
En bedre forståelse av magnetosfæren kan gi detaljert informasjon om hvordan Jorden og andre planeter samhandler med rommiljøet deres. Bølgene kan for eksempel tillate forskere å bestemme tettheten av elementer som helium og oksygen i magnetosfæren, samt lære mer om strømmen av ladede partikler fra solen som produserer nordlys.
I tillegg bruker ingeniører bølger som ligner på EMIC-bølger for å hjelpe til med oppvarming av plasma i smultringformede magnetiske fusjonsenheter kjent som tokamaks. Så, å studere oppførselen til bølgene i magnetosfæren kan utdype innsikten i dannelsen av fusjonsenergi, som finner sted når plasmapartikler kolliderer for å danne tyngre partikler. Forskere over hele verden forsøker å gjenskape fusjon på jorden for en praktisk t alt uuttømmelig forsyning av kraft for å generere elektrisitet.
Kunnskap om EMIC-bølger kan dermed gi omfattende fordeler. "Vi er veldig ivrige etter å forstå magnetosfæren og hvordan den medierer effekten romværet har på planeten vår," sa Kim. "Å kunne bruke EMIC-bølger som diagnostikk ville være veldig nyttig."
Denne studien ble gjort tilgjengelig på nettet i april 2019, med den endelige nettpubliseringen 17. mai 2019.
