Entourant la Terre, dans sa magnétosphère, sont deux concentriques, ceintures de rayonnement en forme de beignet connues sous le nom de ceintures de Van Allen. Les ceintures de Van Allen gonflent et reculent en réponse à l'énergie entrante du soleil, parfois assez loin pour exposer les satellites et autres engins spatiaux en orbite à des rayonnements nocifs qui peuvent perturber les communications électroniques et les signaux de navigation, ainsi que les réseaux électriques. Ces électrons de la ceinture de rayonnement voyagent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière et émettent et absorbent des ondes qui sont utilisées par les scientifiques pour comprendre la météo spatiale.

Une équipe internationale de scientifiques a récemment découvert le rôle que les électrons chauds peuvent jouer dans les ondes et les fluctuations détectées par les satellites. L'équipe de recherche rend compte de ses conclusions cette semaine dans Physique des plasmas . Leurs résultats sont basés sur des données collectées par les sondes Van Allen, vaisseau spatial robotique jumeau lancé par la NASA en 2012 pour aider les scientifiques à mieux comprendre ces régions de la ceinture.

Des recherches antérieures se sont concentrées sur les ondes électromagnétiques à basse fréquence émises par les électrons froids en tant que principale cause d'accélération et de perte d'électrons relativistes. Ces interactions onde-particule affectent directement la largeur des bandes. Les ondes basse fréquence comprennent les ondes plasma en mode siffleur, ainsi nommé pour le sifflement ou le son statique qu'ils produisent et qui est audible à travers un haut-parleur.

Cette théorie générale décrit les électrons du vent solaire interagissant avec ces ondes plasma à basse fréquence. Cela amène les électrons à acquérir une énorme quantité d'énergie à partir de l'amplification des ondes en mode siffleur via la plasmasphère environnante.

Cependant, selon l'équipe de recherche, les ondes basse fréquence sont généralement associées à des conditions magnétosphériques actives, qui ne se produisent pas toujours. En revanche, les fluctuations quasi-électrostatiques (ES) à haute fréquence de la fréquence hybride supérieure sont une caractéristique constante et omniprésente dans l'environnement de la ceinture de rayonnement de la Terre, comme cela a été récemment découvert grâce à de nouvelles données des sondes Van Allen.

"Des ondes basse fréquence occasionnelles avec des amplitudes extrêmement grandes peuvent soudainement accélérer les électrons, " dit Junga Hwang, chercheur principal au Korea Astronomy and Space Science Institute en Corée du Sud et co-auteur de l'article. "Mais nous pensons que ce sont les fluctuations ES à haute fréquence qui sont constamment émises et réabsorbées par les électrons chauds, qui permettent à ces électrons de la ceinture de radiation de rester longtemps à l'intérieur de la bande externe de Van Allen."

Dans leur étude, les chercheurs ont examiné les électrons dans trois gammes d'énergie :les électrons froids, électrons chauds et électrons relativistes. Les électrons froids contribuent principalement à la densité électronique de fond. Les électrons chauds sont connus comme la principale source de production d'ondes. Les électrons relativistes, pendant ce temps, résulter des processus d'accélération des particules, mais ils n'influencent pas les caractéristiques moyennes du plasma. Les chercheurs ont choisi des intervalles de "temps calme" pour étudier les ondes haute fréquence lorsque les ondes plasma basse fréquence étaient absentes.

"Comme les électrons chauds ne constituent qu'une petite fraction de la densité numérique totale des électrons, l'idée générale a été que les fluctuations de l'hybride supérieur ne sont utiles que comme un outil pour mesurer indirectement la densité du nombre d'électrons froids, " dit Hwang. " Cependant, les données des sondes Van Allen ont montré que des fluctuations ES (électrostatiques) de l'hybride supérieur existent de manière omniprésente et omniprésente dans les ceintures de radiation. De là, nous avons prouvé que la présence d'électrons chauds et les fluctuations de l'hybride supérieur sont des phénomènes mutuellement liés."