Wenn ich eine Diskussion über die Erforschung der Jupitermonde oder die Möglichkeit des Lebens dort lese, ist ein häufiges Argument die hohe Strahlungsdosis in Jupiters Strahlungsgürtel (mehrere Größenordnungen höher als außerhalb der Magnetosphäre des Jupiters). Wenn wir über geladene Teilchen sprechen , ist gefährlich nur Strahlung, die schneller als beispielsweise 1 MeV ist (andere werden sehr leicht durch dünnen Schutz abgeschirmt).
Ich würde gerne wissen, was der Mechanismus ist, der diese schnellen Teilchen in Jupiters Magnetosphäre erzeugt. Ich würde erwarten, dass Partikel von Sonnen- / kosmischer Strahlung eher von der Magnetosphärenblase abgestoßen werden und die wenigen, die eingefangen werden, langsamer werden, indem sie EM-Strahlung emittieren, die um Magnetfeldlinien oszilliert (so dass sie niemals viel davon ansammeln würden).
Ich fand in einigen Artikeln , dass die langsamen Teilchen (~10 keV) durch Plasmaströme beschleunigt werden, die durch die Rotation der Magnetosphäre / Monde und Jupiter erzeugt werden. Dies erklärt jedoch nicht die schnellen Teilchen, die nur für die Strahlengefährdung von Bedeutung sind und schwer abzuschirmen sind.
Es wird angenommen, dass die Strahlungsgürtel durch mehrere Prozesse hergestellt werden. Eine der ursprünglichen Leitideen war das Konzept der radialen Diffusion. Andere Ideen beinhalteten die Energetisierung durch niederfrequente Wellen. Ich habe auf diesem Gebiet gearbeitet, aber nur mit einer höherfrequenten elektromagnetischen Welle namens Whistler-Modus-Wellen . Ich werde mich in meiner Antwort auf diese konzentrieren, aber seien Sie sich bewusst, dass es andere Mechanismen gibt, die Teilchen auf MeV-Energien anregen können.
Obwohl es überflüssig erscheinen mag, Modus und Welle zu verwenden, um dasselbe zu beschreiben, ergibt sich dies aus dem Namensschema, das ursprünglich für solche Phänomene aufgestellt wurde. Frühe Radioempfänger konnten absteigende Töne hören , die sehr nach Pfeifen klangen, was zu dem Namen Pfeifer führte . Später stellte sich heraus, dass diese von Elektronenstrahlen angetrieben werden, die bei Blitzeinschlägen in Gewittern in der Erdatmosphäre erzeugt werden. Jetzt ist der Begriff Pfeifer in der Magnetosphärischen Gemeinschaft oft gleichbedeutend mit Blitzpfeifer .
Mit dem Aufkommen wissenschaftlicher Raumfahrzeuge wurden zwei weitere Arten von Pfeifermoduswellen entdeckt. Diese wurden Chorus und Hiss (oder plasmaspheric hiss ) genannt . Ihre Namen implizieren, wie sie klangen, als die ursprünglichen elektromagnetischen Messungen sonifiziert wurden. Chorus klingt wie ein Chor zwitschernder Vögel und Zischen klingt im Grunde wie weißes Rauschen. Das Wort plasmaspheric vor hiss entstand, weil entdeckt wurde, dass die zischenden Signale auf die Plasmasphäre beschränkt zu sein schienen . Unabhängig davon wurden diese beiden Arten von Whistler-Mode-Wellen seit den 1960er Jahren untersucht, und mehrere Theorie- und Beobachtungsstudien fanden heraus, dass sie für die Dynamik des Strahlungsgürtels wichtig sind.
In jüngerer Zeit wurden in den Strahlungsgürteln der Erde Whistler-Wellen mit großer Amplitude entdeckt. Diese wurden von Chorus und Zischen unterschieden, weil ihre Frequenz nicht wie Chorus zeitlich driftete und sie im Gegensatz zu Zischen kohärente Schwingungen waren. Daher wurde in den Originalarbeiten ausdrücklich der Name Whistler-Mode-Wellen verwendet . Die Wellen sind so viel größer als ursprünglich für möglich gehalten, dass unser gesamtes Verständnis dieser Region neu überprüft werden musste. Einige einfache Testteilchensimulationen zeigten, dass diese Wellen mit sehr großer Amplitude Teilchen in Sekundenbruchteilen auf Energien im MeV-Bereich beschleunigen können.
Spätere Studien zeigten, dass diese Wellen einen nichtlinearen Phaseneinfang erzeugen konnten , wodurch Teilchen sehr schnell auf Hunderte von keV beschleunigt wurden. Im Laufe der Jahre beobachteten Bodenstationen gelegentlich intensive Ausbrüche von Röntgenstrahlen, von denen später festgestellt wurde, dass sie aus Bremsstrahlung von hochenergetischen einfallenden Elektronen stammen. Diese wurden Elektronenmikrobursts genannt und wurden schließlich mit einer bestimmten Art von Pfeifermoduswelle namens Chorus in Verbindung gebracht . Jüngste Beobachtungen ergaben eine definitivere Korrelation zwischen Whistler-Mode-Wellen und Elektronen-Mikrobursts , was die Entdeckungsarbeit und die anschließende Studie unterstützt .
Kurz darauf wurden die Eigenschaften dieser Whistler-Mode-Wellen mit sehr großer Amplitude kategorisiert. Diese Studie fand eine Beziehung zwischen den Wellen und Injektionen von keV-Elektronen aus dem geomagnetischen Schweif . Sie fanden auch heraus, dass nicht alle dieser Whistler-Mode-Wellen mit großer Amplitude zeitlich konstante Frequenzen haben. Es wurde festgestellt, dass die Wellenamplituden von der geomagnetischen Aktivität abhängen.
Diese Ergebnisse führten zu einer Monographie , die die Ergebnisse zusammenfasst. Der interessante Teil ist, dass diese Hochfrequenz ( 100Hz zu 1000 Hz, je nach Position in der Magnetosphäre) können die äußeren Strahlungsgürtel auf Zeitskalen verändern, die viel kürzer sind als die ursprünglichen Schätzungen von Tagen bis Wochen. Tatsächlich haben ausgefeiltere Studien als die ursprüngliche Entdeckungsarbeit ergeben , dass Wellen mit solch großer Amplitude keV-Elektronen in Millisekunden auf MeV-Energien beschleunigen können.
Die jüngsten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die kohärenten Whistler-Mode-Wellen mit großer Amplitude von der freien Energie angetrieben werden, die während der Untersturminjektionen eingebracht wird, was frühere Vorschläge unterstützt .
In Bezug auf das Jupiter-System mögen die Prozesse ähnlich sein, aber die Menge an freier Energie in dieser Magnetosphäre ist um Größenordnungen größer. Jupiter hat ein ungefähr 14-mal so starkes Magnetfeld wie das der Erde und dreht sich alle 10 Stunden einmal um seine eigene Achse (obwohl sein mittlerer Radius mehr als das 10-fache des Erdradius beträgt). Die hohe Rotationsgeschwindigkeit und das große Magnetfeld bieten sehr günstige Umgebungen für alle oben genannten Prozesse. Angesichts der Ergebnisse früherer Studien ist es nicht verwunderlich, dass Jupiter über sehr energiereiche Strahlungsgürtel verfügt.
Fun Side Note
Alle NASA-Raumfahrzeuge, die Jupiter als Gravitationsunterstützung verwenden wollen, müssen aufgrund der rauen Jupiter-Umgebungen einer zusätzlichen Strahlungshärtung unterzogen werden.
Eigentlich ist diese Frage selbst Experten noch nicht klar. Zu dieser Frage gibt es einige neue Entdeckungen: http://www.nature.com/news/mystery-of-earth-s-radiation-belts-solved-1.13452
OK, auf Wikipedia gibt es eine Erklärung für den Van-Allen-Strahlungsgürtel der Erde
Es wird angenommen, dass Protonenenergien von mehr als 50 MeV in den unteren Gürteln in niedrigeren Höhen das Ergebnis des Beta-Zerfalls von Neutronen sind, der durch Kollisionen kosmischer Strahlen mit Kernen der oberen Atmosphäre erzeugt wird. Es wird angenommen, dass die Quelle von Protonen mit niedrigerer Energie die Protonendiffusion aufgrund von Änderungen im Magnetfeld während geomagnetischer Stürme ist. [14]
Dies deutet darauf hin, dass die Van-Allen-Gürtel einen erheblichen Fluss von Antiprotonen begrenzen, der durch die Wechselwirkung der oberen Erdatmosphäre mit kosmischer Strahlung erzeugt wird.[19] Die Energie der Antiprotonen wurde im Bereich von 60–750 MeV gemessen.
Es versteht sich allgemein, dass der innere und der äußere Van-Allen-Gürtel aus unterschiedlichen Prozessen resultieren. Der innere Gürtel, der hauptsächlich aus energiereichen Protonen besteht, ist das Produkt des Zerfalls sogenannter "Albedo"-Neutronen, die selbst das Ergebnis von Kollisionen mit kosmischer Strahlung in der oberen Atmosphäre sind. Der äußere Gürtel besteht hauptsächlich aus Elektronen. Sie werden nach geomagnetischen Stürmen aus dem geomagnetischen Schweif injiziert und anschließend durch Wellen-Teilchen-Wechselwirkungen mit Energie versorgt.
Ich bin mir jedoch nicht ganz sicher, ob diese Prozesse für die Beschleunigung dieser Teilchen verantwortlich sind, oder ob sie nur relativ langsame Teilchen in die Magnetfalle injizieren, die dann durch andere Prozesse beschleunigt werden
ehrliche_vivere