Des chercheurs découvrent une source de pluie d’électrons ultra-rapide

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Les électrons dans une ceinture de rayonnement de Van Allen (bleu) rencontrent des ondes sifflantes (violet) et sont envoyés pleuvoir vers le pôle nord (rouge). Les satellites THEMIS sont vus près de la ceinture de rayonnement, tandis que ELFIN de l’UCLA plane au-dessus de la Terre. Crédit : Zhang, et al., Communication Nature2022

Les scientifiques de l’UCLA ont découvert une nouvelle source d’électrons ultra-rapides et énergiques qui pleuvent sur Terre, un phénomène qui contribue aux aurores boréales colorées mais présente également des dangers pour les satellites, les engins spatiaux et les astronautes.

Les chercheurs ont observé une “précipitation d’électrons” inattendue et rapide depuis l’orbite terrestre basse à l’aide de la mission ELFIN, une paire de minuscules satellites construits et exploités sur le campus de l’UCLA par des étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs guidés par une petite équipe de mentors.

En combinant les données ELFIN avec des observations plus éloignées du vaisseau spatial THEMIS de la NASA, les scientifiques ont déterminé que l’averse soudaine avait été causée par des ondes sifflantes, un type d’onde électromagnétique qui ondule à travers le plasma dans l’espace et affecte les électrons de la magnétosphère terrestre, les faisant « se répandre ». plus “dans l’atmosphère.

Leurs conclusions, publiées le 25 mars dans la revue Communication Naturedémontrent que les ondes sifflantes sont responsables de beaucoup plus de pluie d’électrons que ne le prédisent les théories actuelles et les modèles de météo spatiale.

“ELFIN est le premier satellite à mesurer ces électrons ultra-rapides”, a déclaré Xiaojia Zhang, auteur principal et chercheur au département des sciences de la Terre, des planètes et de l’espace de l’UCLA. “La mission offre de nouvelles perspectives en raison de son point de vue unique dans la chaîne d’événements qui les produit.”

Au centre de cette chaîne d’événements se trouve l’environnement spatial proche de la Terre, qui est rempli de particules chargées en orbite dans des anneaux géants autour de la planète, appelés ceintures de rayonnement de Van Allen. Les électrons de ces ceintures voyagent dans des spirales de type Slinky qui rebondissent littéralement entre les pôles nord et sud de la Terre. Dans certaines conditions, des ondes sifflantes sont générées dans les ceintures de rayonnement, énergisant et accélérant les électrons. Cela allonge tellement le chemin de déplacement des électrons qu’ils tombent des ceintures et se précipitent dans l’atmosphère, créant la pluie d’électrons.

Des chercheurs découvrent une source de pluie d'électrons ultra-rapide

La pluie d’électrons, qui peut provoquer les aurores boréales et avoir un impact sur les satellites en orbite et la chimie atmosphérique. Crédit : NASA, Emmanuel Masongsong / UCLA

On peut imaginer les ceintures de Van Allen comme un grand réservoir rempli d’eau – ou, dans ce cas, d’électrons, a déclaré Vassilis Angelopolous, professeur de physique spatiale à l’UCLA et chercheur principal d’ELFIN. Au fur et à mesure que le réservoir se remplit, l’eau descend périodiquement en spirale dans un drain de décharge pour empêcher le bassin de déborder. Mais lorsque de grosses vagues se produisent dans le réservoir, l’eau de ballottement se déverse sur le bord, plus rapidement et en plus grand volume que le drainage de secours. ELFIN, qui est en aval des deux flux, est capable de mesurer correctement les contributions de chacun.

Les mesures de pluie d’électrons à basse altitude par ELFIN, combinées aux observations THEMIS d’ondes sifflantes dans l’espace et à une modélisation informatique sophistiquée, ont permis à l’équipe de comprendre en détail le processus par lequel les ondes provoquent l’écoulement rapide de torrents d’électrons dans l’atmosphère.

Les résultats sont particulièrement importants car les théories et les modèles météorologiques spatiaux actuels, tout en tenant compte d’autres sources d’électrons entrant dans l’atmosphère, ne prédisent pas cette onde de sifflement supplémentaire – le flux d’électrons induit, qui peut affecter la chimie atmosphérique de la Terre, présenter des risques pour les engins spatiaux et endommager faible -satellites en orbite.

Les chercheurs ont en outre montré que ce type de perte d’électrons de la ceinture de rayonnement dans l’atmosphère peut augmenter de manière significative pendant les orages géomagnétiques, des perturbations causées par une activité solaire accrue qui peuvent affecter l’espace proche de la Terre et l’environnement magnétique de la Terre.

“Bien que l’on pense généralement que l’espace est séparé de notre haute atmosphère, les deux sont inextricablement liés”, a déclaré Angelopoulos. “Comprendre comment ils sont liés peut profiter aux satellites et aux astronautes qui traversent la région, qui sont de plus en plus importants pour le commerce, les télécommunications et le tourisme spatial.”

Depuis sa création en 2013, plus de 300 étudiants de l’UCLA ont travaillé sur ELFIN (Electron Losses and Fields investigation), qui est financé par la NASA et la National Science Foundation. Les deux microsatellites, chacun de la taille d’une miche de pain et pesant environ 8 livres, ont été lancés en orbite en 2018, et depuis lors, ils observent l’activité des électrons énergétiques et aident les scientifiques à mieux comprendre l’effet des orages magnétiques à proximité. -Espace terrestre. Les satellites sont exploités à partir du centre des opérations de mission de l’UCLA sur le campus.

“C’est tellement gratifiant d’avoir accru nos connaissances en sciences spatiales en utilisant les données du matériel que nous avons construit nous-mêmes”, a déclaré Colin Wilkins, co-auteur de la recherche actuelle qui est l’instrument principal d’ELFIN et doctorant en physique spatiale dans le département. des sciences de la Terre, des planètes et de l’espace.


ELFIN pour étudier comment les électrons se perdent


Plus d’information:
Xiao-Jia Zhang et al, Précipitation ultra-rapide d’électrons énergétiques dans les ceintures de rayonnement de la Terre, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038 / s41467-022-29291-8

Fourni par l’Université de Californie, Los Angeles

Citation: Des chercheurs découvrent une source de pluie d’électrons ultra-rapides (2022, 30 mars) récupéré le 2 avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-source-super-fast-electron.html

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