Jordens magnetfält, visar det sig, är en mästerlig fångvaktare. Det lockar elektriskt laddade partiklar från rymden till en osynlig, munkformad hage runt vår planet som kallas ringströmmen. Denna fångna svärm av laddade partiklar spelar en viktig roll i hur jorden reagerar på förändrade förhållanden i rymden – rymdväder – vilket kan påverka den teknik vi förlitar oss på, såsom satelliter och elnät. Ändå, trots årtionden av studier, finns det fortfarande mycket vi inte vet om denna himmelska häkte.

NASA förbereder sig för att skjuta upp ett uppdrag som är utformat för att ge en unik, inifrån-och-ut-blick av ringströmmen. Uppdraget heter STORIE – Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution – och är planerat att lanseras i maj ombord på SpaceX 34:e kommersiella återförsörjningsuppdrag till Internationella rymdstationen för NASA. Uppdraget flyger som en del av nyttolasten Space Test Program – Houston 11 (STP-H11), ett partnerskap mellan USA:s rymdstyrka och NASA. När den väl har installerats robotiskt på utsidan av rymdstationen (förväntas några dagar efter ankomsten), kommer STORIE att titta utåt mot ringströmmen och hjälpa forskare att besvara långvariga frågor om hur den växer och krymper och vilken typ av partiklar den består av.

”Dessa partiklar har viktiga rymdväderpåverkan”, säger Alex Glocer, STORIEs huvudforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, där instrumentet designades och konstruerades. ”Vi vill förstå hur den fångade populationen byggs upp och var den kommer ifrån.”

Dessa detaljer är särskilt viktiga under solstormar, när utbrott från solen kan leda till magnetiska störningar på jorden. Liknande jordens Van Allen-strålningsbälten men fylld med lägre energipartiklar, tenderar ringströmmen att fluktuera i storlek, form och intensitet mer dramatiskt än strålningsbältena gör under solstormar. Dessutom, i ringströmmen, flödar positivt laddade partiklar och negativt laddade partiklar i motsatta riktningar, vilket skapar elektriska strömmar. Så förändringar där kan leda till magnetiska fluktuationer och inducerade strömmar på marken, vilket potentiellt kan påverka pipelines och kraftledningar. Ringströmmen kan också bidra till laddningsuppbyggnad på ytan av jordkretsande satelliter, vilket kan orsaka rymdfarkostfel. Dessutom, när energi ökar i ringströmmen, överförs en del av den energin till den övre atmosfären, vilket får den att värmas upp, svälla ut och skapa mer drag på satelliter, vilket kan få rymdfarkosten att avorbita tidigare än väntat.

Det är dock svårt att studera ringströmmen direkt eftersom partiklarna i den är osynliga. ”Man kan inte bara avbilda dem med en kamera”, förklarade Glocer. Istället kommer STORIE att skanna efter glöden från energiska neutrala atomer, eller ENA, som bildas när laddade partiklar fångade i ringströmmen lyckas fly. Partiklarna förtjänar sin frihet genom att stjäla en elektron från jordens yttre atmosfär, känd som exosfären, och bli neutrala. ”När dessa laddade partiklar blir neutrala, känner de inte längre av effekterna av jordens magnetfält, och de är inte längre fångade”, sa Glocer. ”De kan bara flyga iväg i vilken riktning som helst.”

Genom att mäta hastigheten och riktningen på ENA kan STORIE hjälpa till att besvara långvariga frågor om ursprunget till partiklar i ringströmmen – om de tillförs av en ström av partiklar som strömmar ut från solen, känd som solvinden, eller från jorden. STORIE-teamet designade instrumentet för att ägna särskild uppmärksamhet åt positivt laddade syreatomer (O+) eftersom, enligt Glocer, ”När du ser syre, kommer det från atmosfären. Du får väldigt lite av det från solvinden.” Om STORIE hittar många syreatomer kommer forskarna att veta att ringströmmen till stor del försörjs av jordens atmosfär, snarare än solvinden.

Glocer och andra forskare vill också ta reda på om ringströmmens population av laddade partiklar b