Illustrationen visar rymdskeppsmissionerna Cluster (ovan) och THEMIS (nedan) som flyger genom jordens magnetosheath (turbulent gränsområde mellan solens vind och magnetosfären på vår planet)
För första gången kunde forskare bestämma hur mycket energi som överföres från stora till små vågar i magnetosheathen - gränsområdet mellan solens vind och den skyddande magnetiska bubblan på vår planet. Data har samlats in av Cluster och THEMIS i flera år. Analysen visade att turbulens är nyckeln, vilket gör processen 100 gånger effektivare än i solvind.
Planeten i vårt system tvättas av solvinden - en supersonisk ström av högenergiladdade partiklar släppta av huvudstjärnan. Flera planeter, inklusive våra, sticker ut eftersom de har ett magnetfält - ett hinder för solvinden.
Det är kontakten mellan jordens magnetfält och stjärnvinden som skapar magnetosfärens komplexa struktur. Detta är en skyddande bubbla som skyddar planeten från de flesta farliga partiklarna. Forskare kunde noggrant studera de fysiska processerna i solens vind och magnetosfärens plasma. Men det finns fortfarande frågor om förhållandet mellan dessa två medier och den turbulenta regionen, som kallas magnetosheath.
För att förstå hur energi överförs från solvind till magnetosfären, måste man förstå vad som händer i magnetosheathen. I stjärnvinden påverkar turbulensen energiförlusten från stora till små vågar, där plasmapartiklar värmer upp och accelererar till högre energier.
Det fanns misstankar om att samma mekanism skulle fungera för magnetosheathen, men detta kunde inte verifieras. Plasma av magnetosfären är mer turbulent, den är mer utsatt för densitetsfluktuationer och mer komprimerad än solvinden. Därför har forskare bara under senare år kunnat utveckla teoretiska gränser för studier av fysiska processer i en liknande miljö.
Schematisk illustration av en energikaskadprocess i en turbulent plasma som ses i jordens magnetosheath
Forskare studerade mängden information som erhållits av uppdragskluster och THEMIS under 2007-2011. Genom att tillämpa de nyskapade teoretiska verktygen fick de ett fantastiskt resultat. Det visade sig att densiteten och magnetiska fluktuationer orsakade av turbulens i magnetosfären ökar hastigheten vid vilken energi faller från stora till mindre vågar 100 gånger effektivare än i solvind. Analys visar att cirka 10-13 J energi per m 3 överförs varje sekund. Dessutom fick forskarna en empirisk korrelation som kopplade hastigheten för energidissipation i magnetosheath med en fjärde kraft av annan storlek som användes för att studera vätskans rörelse (turbulent Mach-nummer).
Hastigheten är svår att bestämma om rymdprober inte används, men Mach-numret är lättare att beräkna med hjälp av fjärran observationer av astrofysisk plasma som ligger utanför planetgränserna.
Forskare väntar på en jämförelse av deras fynd med mätningar av plasma kring andra solplaner. Detta är möjligt för uppdrag av Juno (Jupiter) och framtida flygningar till satelliterna i Jupiter, liksom BepiColombo.
