地球上に浮かんでいるESAのクラスタ宇宙船のアーティストのイラスト。画像クレジット：ESAクリックして拡大
ESAのクラスターミッションは、「キラー電子」の新しい生成メカニズムを明らかにしました。これは、衛星に損傷を与え、宇宙飛行士に深刻な危険をもたらす高エネルギー電子です。
過去5年間で、複数の宇宙船のクラスターミッションによる一連の発見により、地球の磁気圏でキラー電子がどのように、どこで、どのような条件下で生成されるかについての知識が大幅に向上しました。
1950年代の初期の衛星測定では、地球の周囲にエネルギー粒子の2つの永久リングが存在することが明らかになりました。
通常「ヴァンアレン放射線帯」と呼ばれ、地球の磁場に閉じ込められた粒子で満たされています。観測により、内側のベルトにはかなり安定した陽子の集団が含まれているのに対し、外側のベルトは主に電子の量が変化していることがわかりました。
外側の帯状電子の一部は非常に高いエネルギーに加速される可能性があり、厚い「シールド」を貫通して敏感な衛星電子機器に損傷を与える可能性があるのは、これらの「キラー電子」です。この強い放射線環境は、宇宙飛行士にとっても脅威です。
長い間、科学者たちはベルト内部の荷電粒子の数がそれほど大きく変動する理由を説明しようとしてきました。 2003年10月と11月に2つの珍しいスペースストームがほぼ連続して発生したときに、私たちの大きな進歩が起こりました。
嵐の間、ヴァンアレンの放射帯の一部は電子を排出され、通常は衛星にとって比較的安全であると考えられている地域で、地球にはるかに近い場所で再形成されました。
放射線帯が再形成されたとき、「放射状拡散」と呼ばれる粒子加速の古くからある理論に従って、それらは増加しませんでした。放射状拡散理論では、地球の磁力線を弾性帯のように扱います。
バンドが引き抜かれると、ぐらつきます。それらが地球の周りを漂っている粒子と同じ速度でぐらつくならば、粒子は磁場を横切って動かされて、加速されることができます。このプロセスは太陽活動によって駆動されます。
その代わり、英国オックスフォードの英国南極調査のリチャードホーン博士が率いるヨーロッパとアメリカの科学者のチームは、南極大陸のクラスターと地上受信機からのデータを使用して、非常に低い周波数の波が粒子の加速を引き起こし、ベルトを強化することを示しました。
「コーラス」と呼ばれるこれらの波は、可聴周波数範囲の自然の電磁放射です。それらは、日の出で歌う鳥の合唱のように聞こえる短い持続時間（1秒未満）の個別の要素で構成されています。これらの波は、外部磁気圏で最も強いものの1つです。
「キラー電子」の数は、磁気嵐のピーク時とその後の数日で1000倍に増加する可能性があります。激しい太陽活動はまた、外側の帯を地球に非常に近づける可能性があり、そのため、低高度の衛星は、設計されたものよりもはるかに厳しい環境にさらされます。
放射状拡散理論は、いくつかの地球物理学的条件でまだ有効です。この発見以前は、一部の科学者はコーラスの放出は外側の放射線帯の再形成を説明するには十分に効率的ではないと考えていました。クラスターが明らかにしたことは、特定の高度に乱された地球物理学的条件では、合唱の放出で十分であることです。
Clusterのユニークなマルチポイント測定機能のおかげで、これらのコーラスソース領域の特徴的な寸法が初めて推定されました。
典型的な寸法は、地球の磁場に垂直な方向に数百キロメートル、これに平行な方向に数千キロメートルであることがわかっています。
ただし、これまでに見つかった寸法はケーススタディに基づいています。 「乱れた磁気圏条件の下で、コーラスソース領域は細長いスパゲッティのようなオブジェクトを形成します。現在の問題は、これらの非常に低い垂直スケールがコーラスメカニズムの一般的な特性なのか、それとも分析された観察結果の特別なケースなのかです」と、この結果の主著者であるカレル大学のプラハのオンドレイサントリク氏は語った。
宇宙ベースのテクノロジーと通信への依存度が高まっているため、特に磁気嵐の期間中に、どのような状況で、どこでこれらのキラー電子が生成されるかを理解することは非常に重要です。
元のソース：ESAポータル
