Grafika przedstawiająca ACE NASA i Wiatr oraz statek kosmiczny Cluster ESA napotykający strumienie cząstek słonecznych. Źródło zdjęcia: UC Berkeley Kliknij, aby powiększyć
Flota sond kosmicznych i pogodowych NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej zaobserwowała ogromny strumień naładowanych elektrycznie cząstek w wietrze słonecznym między Słońcem a Ziemią. Strumień, co najmniej 200 razy szerszy niż Ziemia, był napędzany przez zderzenie pól magnetycznych w procesie zwanym „ponownym połączeniem magnetycznym”.
magnetyczne ponowne połączenie w wietrze słonecznym
Strumienie te są wynikiem działania naturalnych akceleratorów cząstek, które przyćmiewają wszystko, co powstało na Ziemi. Naukowcy budują na Ziemi kilometrowe akceleratory cząstek, aby rozbić razem atomy, starając się zrozumieć podstawowe prawa fizyki.
Podobne dżety zasilane ponownym połączeniem występują w ziemskiej osłonie magnetycznej, wytwarzając efekty, które mogą wyłączyć krążące statki kosmiczne i spowodować silne burze magnetyczne na naszej planecie, czasami zakłócając elektrownie.
Nowo odkryte dżety międzyplanetarne są znacznie większe niż te występujące w tarczy magnetycznej Ziemi. Nowa obserwacja jest pierwszym bezpośrednim pomiarem wskazującym, że ponowne połączenie magnetyczne może nastąpić na ogromnych skalach.
Zrozumienie ponownego połączenia magnetycznego ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia zjawisk wybuchowych we Wszechświecie, takich jak rozbłyski słoneczne (wybuchy miliarda megaton w atmosferze Słońca), wybuchy promieniowania gamma (intensywne wybuchy promieniowania z egzotycznych gwiazd) oraz fuzja jądrowa w laboratorium. Podobnie jak gumka może nagle pęknąć przy zbyt dużym skręceniu, tak ponowne połączenie magnetyczne jest naturalnym procesem, w którym energia w naprężonym polu magnetycznym jest uwalniana nagle, gdy zmienia kształt, przyspieszając cząstki (jony i elektrony).
„Tylko dzięki skoordynowanym pomiarom statku kosmicznego łączącego Słońce-Ziemię, takiego jak ACE, Wiatr i Klaster, możemy badać środowisko kosmiczne z niespotykanymi szczegółami i w trzech wymiarach” - mówi dr Tai Phan, główny autor wyników z University of California , Berkeley. „Środowisko kosmiczne w pobliżu Ziemi jest jedynym naturalnym laboratorium, w którym możemy dokonywać bezpośrednich pomiarów fizyki wybuchowych zjawisk magnetycznych zachodzących w całym Wszechświecie.” Artykuł Phana pojawia się jako artykuł na okładce „Nature” 12 stycznia.
Wiatr słoneczny jest rozcieńczonym strumieniem naładowanego elektrycznie (zjonizowanego) gazu, który ciągle wieje ze Słońca. Ponieważ wiatr słoneczny jest naładowany elektrycznie, przenosi ze sobą słoneczne pola magnetyczne. Wiatr słoneczny powstający z różnych miejsc na Słońcu przenosi pola magnetyczne skierowane w różnych kierunkach. Ponowne połączenie magnetyczne w wietrze słonecznym ma miejsce, gdy „arkusze” przeciwnie skierowanych pól magnetycznych zostaną ściśnięte razem. W ten sposób arkusze łączą się, tworząc przekrój w kształcie litery X, który jest następnie niszczony lub łamany, aby utworzyć nową geometrię linii magnetycznej. Stworzenie innej geometrii magnetycznej powoduje powstanie rozległych strumieni cząsteczek odpływających z miejsca ponownego połączenia.
Do niedawna magnetyczne ponowne połączenie było zgłaszane głównie w ziemskiej „magnetosferze”, naturalnej tarczy magnetycznej otaczającej Ziemię. Składa się z linii pola magnetycznego generowanych przez naszą planetę i chroni nas przed ciągłym przepływem naładowanych cząstek, które tworzą wiatr słoneczny, poprzez ich ugięcie. Kiedy jednak międzyplanetarne linie pola magnetycznego przenoszone przez wiatr słoneczny znajdują się w przeciwnych kierunkach niż linie pola magnetycznego Ziemi, następuje ponowne połączenie i materiał słoneczny może przebić się przez tarczę Ziemi.
Niektóre wcześniejsze zdarzenia ponownego połączenia zmierzone w ziemskiej magnetosferze sugerowały, że zjawisko to było z natury losowe i niejednolite w swej naturze, rozciągając się nie więcej niż kilkadziesiąt tysięcy kilometrów (mil). Jednak „to odkrycie rozwiązuje długoletnią debatę dotyczącą tego, czy ponowne połączenie jest z natury niejednoznaczne, czy też może działać w rozległych regionach kosmicznych”, powiedział dr Jack Gosling z University of Colorado, współautor pionier badań nad ponownym połączeniem w kosmosie.
Szerszy obraz ponownego połączenia magnetycznego pojawił się, gdy sześć statków kosmicznych? cztery statki kosmiczne Cluster Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz Advanced Composition Explorer (ACE) i sondy wiatrowe NASA? leciały w wietrze słonecznym poza ziemską magnetosferą 2 lutego 2002 roku i dokonały przypadkowego odkrycia. W czasie około dwóch i pół godziny wszystkie statki kosmiczne zaobserwowały po kolei pojedynczy ogromny strumień cząstek rozpylających, o szerokości co najmniej 2,5 miliona kilometrów (około 1,5 miliona mil lub prawie 200 średnic Ziemi), spowodowany największym wydarzeniem ponownego połączenia w historii mierzone bezpośrednio.
„Gdyby zaobserwowane ponowne połączenie było niejednolite, jeden lub więcej statków kosmicznych najprawdopodobniej nie spotkałoby się z przyspieszonym przepływem cząstek”, powiedział Phan. „Ponadto niejednolite i przypadkowe zdarzenia ponownego połączenia spowodowałyby, że różne statki kosmiczne wykrywałyby dżety skierowane w różnych kierunkach, co nie miało miejsca”.
Ponieważ statek kosmiczny wykrył odrzutowiec przez ponad dwie godziny, ponowne połączenie musiało być prawie stabilne przez co najmniej ten okres czasu. Kolejne 27 dużych wydarzeń związanych z ponownym połączeniem? z powiązanymi dżetami - zostały zidentyfikowane przez ACE i Wiatr, z których cztery rozciągały się na ponad 50 średnic Ziemi, czyli 650 000 kilometrów (około 400 000 mil). Dzięki tym dodatkowym danym zespół mógł dojść do wniosku, że ponowne połączenie na wietrze słonecznym należy postrzegać jako zjawisko przedłużone i stałe.
Wydarzenie z 2 lutego 2002 r. Mogło być znacznie większe, ale statek kosmiczny był oddzielony nie więcej niż 200 średnicami Ziemi, więc jego prawdziwy zasięg nie jest znany. Dwie nowe misje NASA pomogą zmierzyć rzeczywisty rozmiar tych wydarzeń i zbadać je bardziej szczegółowo. Misja Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO), zaplanowana na start w maju lub czerwcu 2006 r., Będzie składać się z dwóch statków kosmicznych krążących wokół Słońca po przeciwnych stronach Ziemi, oddzielonych aż o 186 milionów mil (prawie 300 milionów kilometrów). Ich podstawową misją jest obserwacja wyrzutów masy koronalnej, erupcji miliardowej ton naładowanego elektrycznie gazu ze Słońca, w trzech wymiarach. Jednak statek kosmiczny będzie również w stanie wykryć zdarzenia ponownego połączenia magnetycznego zachodzące w wietrze słonecznym za pomocą instrumentów, które mierzą pola magnetyczne i naładowane cząstki. Magnetosferyczna misja wieloskalowa (MMS), zaplanowana na start w 2013 r., Wykorzysta cztery identyczne statki kosmiczne na różnych orbitach Ziemi do przeprowadzenia szczegółowych badań przyczyny ponownego połączenia magnetycznego w magnetosferze ziemskiej.
Oryginalne źródło: NASA News Release
