Tysiące mil nad Ziemią rządzą warunki kosmiczne. To pozornie puste i samotne miejsce - takie, w którym znaleziono mnóstwo tajemnic zwanych „zimną plazmą” i może mieć to wpływ na nasze połączenie ze Słońcem. Choć jest praktycznie ukryty, szwedzcy naukowcy opracowali nową metodę pomiaru tych zimnych, naładowanych jonów. Mając na uwadze więcej niż raz sądzono, te nowe odkrycia mogą bardzo dobrze dać nam wskazówki co do tego, co dzieje się wokół innych planet i ich naturalnych satelitów.
„Im więcej szukasz jonów o niskiej energii, tym więcej ich znajdujesz” - powiedział Mats Andre, profesor fizyki kosmicznej w szwedzkim Instytucie Fizyki Kosmicznej w Uppsali w Szwecji i lider zespołu badawczego, którego wyniki zostały zaakceptowane publikacja w Geophysical Research Letters, czasopiśmie American Geophysical Union. „Nie wiedzieliśmy, ile tam jest. To więcej niż myślałem ”.
Skąd pochodzi ta zagadka? Jony o niskiej energii zaczynają się w górnej części naszej atmosfery zwanej jonosferą. Tutaj energia słoneczna może usuwać elektrony z cząsteczek, pozostawiając atomy takie jak tlen i wodór z ładunkiem dodatnim. Jednak fizyczne znalezienie tych jonów było problematyczne. Podczas gdy naukowcy wiedzieli, że istnieją na wysokościach około 100 kilometrów (60 mil), Andre i kolega Chris Cully ustawili swoje miejsca wyżej - na wysokości od 20 000 do 100 000 km (12 400 do 60 000 mil). Na brzegu ilość zimnych jonów waha się od 50 do 70%… co stanowi większość masy przestrzeni.
Nie jest to jednak jedyne miejsce, w którym znaleziono zimną plazmę. Według danych satelitarnych badań i obliczeń, niektóre strefy na dużych wysokościach stale przechowują jony o niskiej energii. Choć może się to wydawać, zespół wykrył je również na wysokości 100 000 km! Według Andre odkrywanie tak wielu relatywnie chłodnych jonów w tych regionach jest zaskakujące, ponieważ energia wiatrowa dociera na duże wysokości Ziemi od wiatru słonecznego - gorącej plazmy około 1000 razy cieplejszej niż to, co Andre uważa za zimne. Jak zimno? „Jony o niskiej energii mają energię odpowiadającą około 500 000 stopni Celsjusza (około miliona stopni Fahrenheita) przy typowych gęstościach gazu występujących na Ziemi. Ale ponieważ gęstość jonów w kosmosie jest tak niska, satelity i statek kosmiczny mogą krążyć bez wybuchu w płomieniach. ”
Określenie tych niskoenergetycznych jonów i zmierzenie ilości materiału opuszczającego naszą atmosferę było nieuchwytnym zadaniem. Warsztat Andre jest satelitą i jednym z czterech statków kosmicznych CLUSTER Europejskiej Agencji Kosmicznej. Mieści detektor utworzony z cienkiego drutu, który mierzy pole elektroniczne między nimi podczas rotacji satelity. Jednak po zebraniu danych naukowcy odkryli parę tajemnic - silne pola elektryczne w nieoczekiwanych obszarach przestrzeni i pola elektryczne, które nie wahały się równomiernie.
„Dla naukowca wyglądało to dość brzydko” - powiedział Andre. „Próbowaliśmy dowiedzieć się, co było nie tak z instrumentem. Potem zdaliśmy sobie sprawę, że z instrumentem nie ma nic złego ”. To, co znaleźli, otworzyło im oczy. Zimna plazma zmieniała rozmieszczenie pól elektrycznych otaczających satelitę. Dzięki temu zdali sobie sprawę, że mogą wykorzystać swoje pomiary terenowe do potwierdzenia obecności zimnej plazmy. „To sprytny sposób na przekształcenie ograniczeń wykrywacza opartego na statku kosmicznym w aktywa” - powiedział Thomas Moore, starszy naukowiec projektu z misji NASA Magnetospheric Multiscale w Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. Nie był zaangażowany w nowe badania.
Dzięki tym nowym technikom nauka może mierzyć i mapować zimną plazmę ziemską - i dowiedzieć się więcej o tym, jak zarówno gorąca, jak i zimna plazma zmieniają się w ekstremalnych warunkach kosmicznych. Te badania wskazują również na lepsze zrozumienie atmosfery innej niż nasza. Obecnie nowe pomiary pokazują, że kilogram (dwa funty) zimnej plazmy wydostaje się z atmosfery ziemskiej co sekundę. Mając solidną liczbę jako podstawę szybkości strat, naukowcy mogą być w stanie modelować to, co stało się z atmosferą Marsa - lub wyjaśnić atmosfera wokół innych planet i księżyców. Może także pomóc w dokładniejszym prognozowaniu pogody kosmicznej - nawet jeśli nie ma bezpośredniego wpływu na samo środowisko. Jest kluczowym graczem, nawet jeśli nie powoduje sam szkód. „Być może chcesz wiedzieć, gdzie jest obszar niskiego ciśnienia, aby przewidzieć burzę” - zauważył Andre.
Modernizacja prognozowania pogody kosmicznej w taki sposób, aby była podobna do zwykłej prognozy pogody, „nie była nawet możliwa, jeśli brakuje większości plazmy”, powiedział Moore z NASA. Teraz, dzięki sposobowi pomiaru zimnej plazmy, cel prognoz wysokiej jakości jest o krok bliżej. „To rzeczy, których nie widzieliśmy i nie mogliśmy wykryć, a potem nagle mogliśmy to zmierzyć” - powiedział Moore o jonach o niskiej energii. „Teraz możesz go przestudiować i sprawdzić, czy zgadza się z teoriami”.
Źródło oryginalnej historii: komunikat prasowy American Geophysical Union. Do dalszego czytania: Jony niskoenergetyczne: wcześniej ukryta populacja cząstek Układu Słonecznego.
