Εικονογράφηση καλλιτέχνη του διαστημικού σκάφους Cluster της ESA που αιωρείται πάνω από τη Γη. Πιστωτική εικόνα: ESA Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Η αποστολή Cluster της ESA αποκάλυψε έναν νέο μηχανισμό δημιουργίας «δολοφονικών ηλεκτρονίων» - πολύ ενεργητικά ηλεκτρόνια που είναι υπεύθυνα για την καταστροφή των δορυφόρων και την πρόκληση σοβαρού κινδύνου για τους αστροναύτες.
Τα τελευταία πέντε χρόνια, μια σειρά ανακαλύψεων από την αποστολή πολλαπλών διαστημοπλοίων Cluster έχουν βελτιώσει σημαντικά τις γνώσεις μας για το πώς, πού και υπό ποιες συνθήκες αυτά τα δολοφόνα ηλεκτρόνια δημιουργούνται στη μαγνητόσφαιρα της Γης.
Οι πρώτες δορυφορικές μετρήσεις στη δεκαετία του 1950 αποκάλυψαν την ύπαρξη δύο μόνιμων δακτυλίων ενεργητικών σωματιδίων γύρω από τη Γη.
Συνήθως ονομάζονται «ζώνες ακτινοβολίας Van Allen», γεμίζουν με σωματίδια που παγιδεύονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι ο εσωτερικός ιμάντας περιέχει έναν αρκετά σταθερό πληθυσμό πρωτονίων, ενώ ο εξωτερικός ιμάντας αποτελείται κυρίως από ηλεκτρόνια σε μια πιο μεταβλητή ποσότητα.
Μερικά από τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού ιμάντα μπορούν να επιταχυνθούν σε πολύ υψηλές ενέργειες και αυτά τα «ηλεκτρόνια δολοφόνων» μπορούν να διεισδύσουν σε παχιά θωράκιση και να καταστρέψουν ευαίσθητα δορυφορικά ηλεκτρονικά. Αυτό το έντονο περιβάλλον ακτινοβολίας αποτελεί επίσης απειλή για τους αστροναύτες.
Για πολύ καιρό οι επιστήμονες προσπαθούν να εξηγήσουν γιατί ο αριθμός των φορτισμένων σωματιδίων μέσα στις ζώνες ποικίλλει τόσο πολύ. Η σημαντική μας ανακάλυψη ήρθε όταν δύο σπάνιες διαστημικές καταιγίδες σημειώθηκαν σχεδόν πλάτη με πλάτη τον Οκτώβριο και τον Νοέμβριο του 2003.
Κατά τη διάρκεια των καταιγίδων, μέρος του ιμάντα ακτινοβολίας Van Allen αποστραγγίστηκε από ηλεκτρόνια και στη συνέχεια μεταμορφώθηκε πολύ πιο κοντά στη Γη σε μια περιοχή που συνήθως θεωρείται σχετικά ασφαλής για τους δορυφόρους.
Όταν οι ιμάντες ακτινοβολίας μεταρρυθμίστηκαν, δεν αυξήθηκαν σύμφωνα με μια μακροχρόνια θεωρία επιτάχυνσης σωματιδίων, που ονομάζεται «ακτινική διάχυση». Η θεωρία της ακτινικής διάχυσης αντιμετωπίζει τις γραμμές μαγνητικού πεδίου της Γης ως ελαστικές ζώνες.
Εάν οι ζώνες αποπλένονται, ταλαντεύονται. Εάν ταλαντεύονται με τον ίδιο ρυθμό με τα σωματίδια που κινούνται γύρω από τη Γη, τότε τα σωματίδια μπορούν να κινηθούν πέρα από το μαγνητικό πεδίο και να επιταχυνθούν. Αυτή η διαδικασία καθοδηγείται από την ηλιακή δραστηριότητα.
Αντ 'αυτού, μια ομάδα Ευρωπαίων και Αμερικανών επιστημόνων με επικεφαλής τον Δρ Richard Horne της Βρετανικής Ανταρκτικής Έρευνας, Οξφόρδη, Ηνωμένο Βασίλειο, χρησιμοποίησε δεδομένα από δέκτες συμπλέγματος και εδάφους στην Ανταρκτική για να δείξει ότι τα κύματα πολύ χαμηλής συχνότητας μπορούν να προκαλέσουν την επιτάχυνση των σωματιδίων και να εντείνουν τις ζώνες.
Αυτά τα κύματα, που ονομάζονται «χορωδίες», είναι φυσικές ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές στο εύρος συχνοτήτων ήχου. Αποτελούνται από διακριτά στοιχεία μικρής διάρκειας (λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο) που ακούγονται σαν η χορωδία των πουλιών που τραγουδούν κατά την ανατολή. Αυτά τα κύματα είναι από τα πιο έντονα στην εξωτερική μαγνητόσφαιρα.
Ο αριθμός των «δολοφονικών ηλεκτρονίων» μπορεί να αυξηθεί κατά ένα χίλιο στην κορυφή μιας μαγνητικής καταιγίδας και τις επόμενες ημέρες. Η έντονη ηλιακή δραστηριότητα μπορεί επίσης να ωθήσει τον εξωτερικό ιμάντα πολύ πιο κοντά στη Γη, υποβάλλοντας επομένως τους δορυφόρους χαμηλότερου υψομέτρου σε ένα πολύ πιο σκληρό περιβάλλον από ό, τι είχαν σχεδιαστεί.
Η θεωρία της ακτινικής διάχυσης εξακολουθεί να ισχύει σε ορισμένες γεωφυσικές συνθήκες. Πριν από αυτήν την ανακάλυψη, ορισμένοι επιστήμονες πίστευαν ότι οι εκπομπές χορωδιών δεν ήταν επαρκώς αποτελεσματικές για να εξηγήσουν την αναμόρφωση του εξωτερικού ιμάντα ακτινοβολίας. Αυτό που αποκάλυψε ο Cluster είναι ότι σε ορισμένες εξαιρετικά διαταραγμένες γεωφυσικές συνθήκες, οι εκπομπές χορωδιών είναι επαρκείς.
Χάρη στη μοναδική ικανότητα μετρήσεων πολλαπλών σημείων του Cluster, οι χαρακτηριστικές διαστάσεις αυτών των περιοχών πηγής χορωδιών έχουν εκτιμηθεί για πρώτη φορά.
Οι τυπικές διαστάσεις έχουν βρεθεί ότι είναι μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα προς την κατεύθυνση κάθετη προς το μαγνητικό πεδίο της Γης και μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα προς την παράλληλη κατεύθυνση.
Ωστόσο, οι διαστάσεις που έχουν βρεθεί μέχρι στιγμής βασίζονται σε μελέτες περιπτώσεων. «Υπό διαταραγμένες μαγνητοσφαιρικές συνθήκες, οι περιοχές της χορωδίας σχηματίζουν μακρά και στενά αντικείμενα που μοιάζουν με σπαγγέτι. Το ερώτημα τώρα είναι αν αυτές οι πολύ χαμηλές κάθετες κλίμακες αποτελούν γενική ιδιότητα του μηχανισμού χορωδιών ή απλώς μια ειδική περίπτωση των αναλυόμενων παρατηρήσεων », δήλωσε ο Ondrej Santolik, του Πανεπιστημίου του Καρόλου, Πράγα, Τσεχία, και κύριος συγγραφέας αυτού του αποτελέσματος.
Λόγω της αυξημένης εξάρτησής μας από διαστημικές τεχνολογίες και επικοινωνίες, η κατανόηση του πώς, υπό ποιες συνθήκες και πού δημιουργούνται αυτά τα ηλεκτρόνια δολοφονίας, ειδικά κατά τη διάρκεια μαγνητικών περιόδων καταιγίδας, έχει μεγάλη σημασία.
Αρχική πηγή: Πύλη ESA
