Źródło zdjęcia: NASA
Nowe badania wskazują, że elektrony mogą surfować po falach magnetycznych napędzanych wiatrem słonecznym i przyśpieszać do punktu, w którym mogą spowodować poważne uszkodzenia statku kosmicznego krążącego wokół Ziemi. Proces ten jest wynikiem interakcji między ziemskim polem magnetycznym a wahaniami gęstości wiatru słonecznego. Gdy gęstość wiatru słonecznego zmienia się, fale w polu magnetycznym falują z powrotem na Ziemię. Elektrony mogą zostać złapane w te fale i tak szybko powrócić na Ziemię, że mogą uszkodzić delikatną elektronikę w kosmosie.
Zdaniem zespołu naukowców kosmicznych „zabójcze” elektrony zdolne siać spustoszenie na orbitującym statku kosmicznym mogą „surfować” falami magnetycznymi napędzanymi przez wiatr słoneczny.
Zespół z Uniwersytetu w Bostonie oraz National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) połączyli obserwacje ze statku kosmicznego NASA i NOAA, aby zidentyfikować zjawisko wyjaśniające, w jaki sposób wiatr słoneczny wytwarza fale w ziemskim polu magnetycznym (magnetosfera). Zwykłe elektrony krążące wokół Ziemi w pasach promieniowania Van Allena mogą wchodzić na pokład fal, przyspieszając niemal do prędkości światła, z energiami 300-500 razy większymi niż elektrony na ekranie telewizyjnym.
Wiatr słoneczny jest strumieniem naładowanych elektrycznie cząstek stale dmuchanych ze Słońca. Magnetosfera jest wnęką utworzoną, gdy wiatr słoneczny napotyka pole magnetyczne Ziemi. Gdy gęstość wiatru słonecznego jest wysoka i zbliża się do magnetosfery, magnetosfera zostaje ściśnięta. Gdy gęstość wiatru jest niska, magnetosfera rozszerza się. Naukowcy odkryli, że wiatr słoneczny zawiera okresowe struktury o wysokiej i niskiej gęstości, napędzające okresowe „oddychające” działanie magnetosfery i globalną generację fal magnetycznych.
Wiadomo, że jeśli częstotliwość tych fal odpowiada częstotliwości elektronów poruszających się w pasie Van Allena, elektrony można przyspieszyć, znacznie zwiększając ich energie. Proces jest podobny do tego, że boogyboarder łapie falę. Niektóre elektrony „jeżdżą na fali” i zyskują tyle energii, że mogą następnie uszkodzić drogi statek kosmiczny.
„Jeśli możemy potwierdzić to jako istotny mechanizm wytwarzania fal przyspieszających elektrony„ zabójcze ”, wówczas naukowcy wykorzystujący dane z satelitów takich jak Wiatr mogą opracować wcześniejsze ostrzeżenie dla operatorów statków kosmicznych, że ich statki kosmiczne mogą być narażone na nadmierne i szkodliwe narażenie na promieniowanie, ”Powiedziała dr Barbara Giles, naukowiec projektu statku kosmicznego Polar w NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD.
Kiedy elektrony stają się tak energetyczne, mogą przenikać do wnętrza statku kosmicznego. Znajdując się w częściach elektronicznych, wytwarzają elektryczność statyczną, która może zwierać krytyczną część lub wprowadzić sondę w zły tryb działania.
„Nowością i ekscytującą cechą tych badań jest to, że ludzie zawsze szukali wewnętrznych mechanizmów magnetosfery do generowania tych fal” - powiedział dr Larry Kepko, pracownik naukowy z Boston University i główny autor dwóch artykułów na temat tych badań, z których jeden opublikowano w Journal of Geophysical Research w czerwcu 2003 r. oraz drugi w Geophysical Research Letters w 2002 r. „Ale tutaj znaleźliśmy mechanizm zewnętrzny - sam wiatr słoneczny”.
Satelity polarny i wiatrowy NASA oraz geostacjonarny satelita operacyjny NOAA (GOES) dostarczyły kluczowych spostrzeżeń prowadzących zespół do tego wniosku. Polar potwierdził, że fale nie są lokalne, ale globalne. Satelita wiatrowy był głównym źródłem do identyfikacji struktur gęstości wiatru słonecznego, które napędzają magnetosferę. GOES dostarczył dane na temat magnetosfery Ziemi, gdy jej rozmiar się zwiększał i zmniejszał.
„Wiedzieliśmy już, że wiatr słoneczny ma struktury gęstości i że fale magnetyczne mogą przyspieszać elektrony” - powiedział dr Harlan Spence, profesor astronomii na Uniwersytecie Bostońskim i współautor dwóch artykułów na temat tych badań. „Nie wiedzieliśmy, że struktury wiatru słonecznego mogą być okresowe i napędzać fale magnetyczne. Te nowe obserwacje mogą zapewnić brakujące ogniwo między nimi. ”
Ostateczne źródło tych nowo odkrytych struktur wiatru słonecznego wciąż pozostaje tajemnicą, ale zespół spekuluje, że Słońce może odgrywać bezpośrednią rolę. „Zmiany gęstości wiatru słonecznego są częściowo kontrolowane przez wzorzec ponownego połączenia magnetycznego, skręcenie i zatrzaśnięcie linii pola magnetycznego na powierzchni Słońca”, mówi dr Kepko. „Ponowne połączenie zachodzące w systematyczny, okresowy sposób może wytworzyć obserwowane okresowe struktury gęstościowe w wietrze słonecznym. Istnieją pewne dowody, że może to mieć miejsce, ale konieczne są dalsze badania w celu ustalenia ostatecznego związku. ”
Pasy Van Allena zostały odkryte w 1958 roku przez dr Jamesa Van Allena i jego zespół z University of Iowa wraz z Explorers 1 i 3, pierwszymi satelitami z powodzeniem wystrzelonymi przez Stany Zjednoczone. Są to pasy naładowanych elektrycznie cząstek uwięzionych przez ziemskie pole magnetyczne. Ponieważ cząstki są naładowane elektrycznie (głównie protony i elektrony), odczuwają siły magnetyczne i są zmuszone do spirali wokół niewidzialnych linii siły magnetycznej, które składają się na pole magnetyczne Ziemi. W systemie Van Allena istnieją dwa pasy w kształcie pączków, jeden w drugim, z Ziemią w „otworze” pasa wewnętrznego. Pas wewnętrzny, złożony z szybkich protonów, znajduje się na wysokościach między 430 a 7500 mil (około 700 do 12 000 km) nad Ziemią. Pas zewnętrzny jest wykonany z szybkich elektronów i pojawia się na wysokościach między 15 500 a 25 000 mil (około 25 000 do 40 000 km) nad Ziemią. Operatorzy statków kosmicznych starają się unikać orbit w tych regionach, ale czasami te wysokości są najlepsze dla określonej misji, lub statek kosmiczny musi przejść przez pasy podczas części swojej orbity lub całkowicie uciec z Ziemi.
Satelity polarny i wiatrowy NASA, zwane wspólnie „Global Geospace Science Program”, mają na celu pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób cząsteczki i energia ze Słońca przepływają przez środowisko kosmiczne Ziemi i oddziałują z nim.
NOAA zajmuje się gromadzeniem danych na temat oceanów, atmosfery, przestrzeni i Słońca. System satelitarny GOES jest podstawowym elementem monitorowania i prognozowania pogody w USA. Dr Howard Singer z NOAA jest trzecim współautorem artykułu z 2002 roku na temat tych badań.
Oryginalne źródło: NASA News Release
