I september 2012 fick forskare med de nyligen lanserade Van Allen Probes tillstånd att slå på ett av sina instrument efter bara tre dagar i rymden istället för att vänta i veckor, som planerat. De ville slå på Relativistic Electron Proton Telescope (REPT) så att dess observationer skulle överlappa med ett annat uppdrag som heter SAMPEX (Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer), som snart skulle gå av bana och återinträda i jordens atmosfär.
Nu är de väldigt glada att de gjorde det, eftersom något hände som ingen någonsin hade sett förut. Ett tidigare okänt tredje strålningsbälte bildades i Van Allens strålningsbälten som omger jorden. Forskaren såg – i misstro – medan deras data visade att det extra bältet bildades för att sedan plötsligt försvinna, som om det hade skurits bort med en kniv. De har ännu inte sett en upprepning av ett tredje bälte.
'Först trodde vi att våra instrument inte fungerade korrekt', sa Dan Baker, en medlem av Van Allen Probes-teamet från University of Colorado i Boulder, 'men vi insåg snabbt att vi såg ett verkligt fenomen.'
Det som hände är att strax innan REPT slogs på hade solaktiviteten på solen skickat energi mot jorden som fick strålningsbältena att svälla. De energirika partiklarna satte sig sedan i en ny konfiguration, som visar ett extra, tredje bälte som sträcker sig ut i rymden.
'Senast den femte dagen REPT var på, kunde vi rita ut våra observationer och se bildandet av ett tredje strålningsbälte', säger Shri Kanekal, biträdande missionsforskare för uppdraget. 'Det tredje bältet bestod vackert, dag efter dag, vecka efter vecka, i fyra veckor.'
Den här grafen visar energiska elektrondata som samlats in av instrumenten Relativistic Electron-Proton Telescope (REPT), på de dubbla Van Allen Probes-satelliterna i excentriska banor runt jorden, från 1 september 2012 till 4 oktober 2012 (horisontell axel). Den visar tre diskreta energikanaler (mätt i megaelektronvolt eller MeV). Det tredje bältesområdet (i gult) och det andra spåret (i grönt) är markerade och existerar tills en koronal massutkastning (CME) förstör dem den 1 oktober. Den vertikala axeln i varje är L*, i praktiken avståndet i jorden radier där en magnetfältslinje korsar det magnetiska ekvatorialplanet. Kredit: LASP
Sedan deras upptäckt 1958 har vi vetat att Van Allens strålningsbälte är sammansatt av två munkformade lager av energiska laddade partiklar runt planeten jorden, som hålls på plats av dess magnetfält.
Forskarna införlivar nu vad de såg i nya modeller av strålningsbälten – en region som ibland kan svälla dramatiskt som svar på inkommande energi från solen, påverka satelliter och rymdfarkoster eller utgöra potentiella hot mot mänsklig rymdfärd.
Bältena ligger normalt mellan 200 till 60 000 kilometer över jorden; den nya ringen var mycket längre ut.
De dubbla sonderna, som lanserades den 30 augusti 2012 som uppdraget Radiation Belt Storm Probes, döptes om för att hedra bältens upptäckare, astrofysikern James Van Allen. Observationer av bälten har visat att de är dynamiska och mystiska. Denna typ av dynamisk trebältesstruktur har dock aldrig setts, eller ens övervägts, teoretiskt.
En coronal mass ejection (CME) från solen den 31 augusti 2012, händelsen som fick en tredje ring att bildas i Van Allens strålningsbälten. Kredit: NASA
Energetic Particle, Composition, and Thermal Plasma (ECT)-sviten av instrument ombord på sonderna utformades för att hjälpa till att förstå hur populationer av elektroner som rör sig med nästan ljusets hastighet och penetrerar joner i rymden eller förändras som svar på varierande energitillförsel. från solen.
Redan vad teamet har lärt sig är att skriva om läroböckerna om vad som är känt om Van Allens bälten.
'Dessa händelser vi har spelat in är extraordinära och tillåter oss redan att förfina och bekräfta våra teorier om bältes dynamik på ett sätt som kommer att leda till förutsägbarhet av deras beteende', säger astrofysikern Harlan Spence, huvudutredare för ECT, 'som är viktigt för att förstå rymdvädret och i slutändan för säkerheten för astronauter och rymdfarkoster som opererar inom en sådan farlig region av georymden.'
Vid en pressträff idag fick teamet frågan varför denna tredje ring aldrig hade observerats tidigare.
'Vi har aldrig haft förmågan att se något liknande tidigare, säger Nicky Fox, Van Allen Probes biträdande projektforskare. 'Det faktum att vi hade en sådan fantastisk upptäckt inom några dagar efter att vi slog på dem visar att vi fortfarande har mysterier att upptäcka och förklara. Vad Van Allen-sonderna har visat är att de framsteg inom teknik och upptäckt som gjorts av NASA redan har haft en nästan omedelbar inverkan på grundläggande vetenskap.'
Baker tillade, 'Som filosofen Yogi Bera en gång sa, kan du observera mycket bara genom att titta. Detta visar att när du öppnar nya ögon på universum kan du alltid hitta nya saker.'
Teamet kommer att försöka förstå vad den tredje ringen betyder för astronauter och satelliter, även om den nya ringen är längre bort är regionerna i jordens omloppsbana magnetiskt anslutna till den nya regionen som bildades.
'Att veta mer om detta och förstå mer om bältet är viktigt för att ha bättre modeller och kunna förutsäga livslängden för rymdfarkoster,' sa Fox.
'Ringarna, satelliterna, rymdstationen är alla påverkade av rymdvädret', säger Mona Kessel, Van Allen Probes programforskare. 'Vi förstår inte helt vad vi har sett, men vi modellerar det och försöker få ihop det här, så håll utkik.'
Teamet har publicerat en artikel i tidskriften Science.
För mer information: NASA , U Niversiteten i New Hampshire