Fler partiklar i rymden än forskare trodde

Forskare i Uppsala har nu visat att många fler partiklar än man tidigare trott lämnar jorden. De har gjort detta med hjälp av en ny metod för att mäta joner med låg energi och med hjälp av data från ESA:s Clustersatelliter. Dessa farkoster från European Space Agency har formationsflugit runt jorden sedan år 2000. 

“Ju mer vi söker efter kalla joner, desto fler hittar vi,” konstaterar Mats André vid Institutet för rymdfysik (IRF).

Det har länge varit känt att kalla joner finns i den övre delen på atmosfären, i jonosfären, på några hundra kilometers höjd. Men hur många partiklar som lämnar jorden och når mycket högre höjder har varit nästan hopplöst att mäta.

Mats André och Chris Cully, båda från IRF, har visat att kalla joner är vanliga upp till höjder på mer är 100,000 km (nästan en tredjedel av avståndet till månen). Joner med låg energi dominerar stora områden i rymden 50-70 procent av tiden. I en del områden är så gott som alla joner kalla nästan hela tiden. De nya resultaten presenteras i Geophysical Research Letters, som ges ut av American Geophysical Union.

Jonerna som forskare upptäckt i rymden är alltså relativt kalla. Men ordet “relativt” är viktigt, påpekar Mats André. “Jonerna kan ha temperaturer på upp till en halv miljon grader C. Men den laddade gasen i rymden är tunn, så satelliter kan färdas i dessa områden utan problem.”

Det går inte att mäta dessa kalla joner med detektorer ombord på en satellit. En satellit av metall som träffas av solljus sänder ut så kallade fotoelektroner och blir positivt laddad. Kalla positivt laddade joner har ju samma laddning som satelliten och har helt enkelt inte tillräcklig energi för att komma fram till farkosten.

Clustersatelliterna har instrument för att mäta elektriska fält, utvecklade i Uppsala, med antenner som sticker ut nästan 50 m i olika riktningar. Med dessa hittade forskarna starka elektriska fält i områden där det verkade orimligt att de skulle finnas.

Men till slut blev allt begripligt. Jonerna strömmar förbi satelliten men lämnar ett område bakom den laddade satelliten nästan utan joner. De mycket lättare elektronerna kan dock lätt ta sig in i detta område. Skillnaden i elektrisk laddning ger ett elektriskt fält, som kan mätas med instrumentet från IRF. 

Med hjälp av ytterligare instrument på Cluster kan nu forskarna räkna ut hur många partiklar som finns i rymden och om dessa har en riktning på väg bort från jorden. Men alltså utan att partiklarna någonsin når fram till satelliten.

“Vi trodde att vi byggde ett instrument för att mäta elektriska fält. Det visar sig att vi också byggde ett instrument för att mäta kalla joner,” säger Mats André.

Totalt lämnar upp till ett kilo joner per sekund jorden. Detta är inte något problem för jorden, inte ens sett över miljarder år. Men liknande processer har kanske svept bort stora delar av atmosfären på Mars och helt ändrat klimatet på den planeten.

* Bilden:
En av Clustersatelliterna före uppskjutningen. Satelliten har instrument från Sverige för att mäta elektriska fält. (Bild: ESA)

Kontaktinformation
Mer information:
* Mats André, forskare, IRF, mats.andre@irfu.se, tel. 018-471 5913, 070-779 2072
* Chris Cully, forskare, IRF, chris.cully@irfu.se, tel. 018-471 5927
* Rick McGregor, Informationsansvarig, IRF, rick.mcgregor@irf.se, tel. 0980-791 78