Οι ιμάντες Van Allen πάλλονται από ηλιακά σωματίδια. Πιστωτική εικόνα: NASA / Tom Bridgman. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Μια «ασφαλής ζώνη» στους ιμάντες ακτινοβολίας που περιβάλλουν τη Γη κινείται υψηλότερα σε υψόμετρο και γεωγραφικό πλάτος κατά τη διάρκεια των κορυφών της ηλιακής δραστηριότητας, σύμφωνα με νέα έρευνα μιας ομάδας της NASA. Η ασφαλής ζώνη προσφέρει μειωμένες εντάσεις ακτινοβολίας σε οποιοδήποτε πιθανό διαστημικό σκάφος που πρέπει να πετάξει στην περιοχή της ζώνης ακτινοβολίας.
«Αυτή η νέα έρευνα μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξαφανίζεται ένα τμήμα του ιμάντα ακτινοβολίας», δήλωσε ο Δρ Shing Fung του Goddard Space Flight Center της NASA, Greenbelt, Md. Ο Fung είναι επικεφαλής συγγραφέας μιας εργασίας για αυτήν την έρευνα που εμφανίζεται στο έκδοση γραμμής Geophysical Research Letters στις 22 Φεβρουαρίου.
Η ομάδα βασίστηκε στα αποτελέσματά της σε μετρήσεις σωματιδίων υψηλής ταχύτητας (ηλεκτρονίων), που αποτελούν τη ζώνη ακτινοβολίας Van Allen, από τη σειρά μετεωρολογικών διαστημικών σκαφών της Εθνικής Ωκεανίας και Ατμοσφαιρικής Διοίκησης κατά τη διάρκεια του 1978 έως το 1999. Καθώς το διαστημικό σκάφος πέταξε μέσα στις πολικές τροχιές τους, ανίχνευσαν λιγότερα σωματίδια ζώνης ακτινοβολίας σε ένα ορισμένο εύρος γεωγραφικού πλάτους, υποδεικνύοντας περάσματα ασφαλούς ζώνης από το διαστημικό σκάφος. Οι ερευνητές συνέκριναν τα δεδομένα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια σχετικά χαμηλών περιόδων ηλιακής δραστηριότητας, που ονομάζονται ελάχιστα ηλιακά, με δεδομένα από τις μέγιστες περιόδους ηλιακής δραστηριότητας, που ονομάζονται μέγιστο ηλιακό. Παρατήρησαν μια μετατόπιση στη θέση της ασφαλούς ζώνης προς υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη, και ως εκ τούτου υψόμετρα, κατά τη μέγιστη ηλιακή ενέργεια.
Εάν οι ιμάντες ακτινοβολίας ήταν ορατοί, θα μοιάζουν με ένα ζευγάρι ντόνατς γύρω από τη Γη, το ένα μέσα στο άλλο με τη Γη στην «τρύπα» του εσωτερικού ντόνατ. Η ασφαλής ζώνη, που ονομάζεται «περιοχή υποδοχής», θα εμφανιστεί ως κενό μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού ντόνατ. Οι ζώνες αποτελούνται στην πραγματικότητα από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια υψηλής ταχύτητας (ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες) που παγιδεύονται στο μαγνητικό πεδίο της Γης.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης μπορεί να αναπαρασταθεί με γραμμές μαγνητικής δύναμης που αναδύονται από την περιοχή του Νότιου Πολικού, στο διάστημα και πίσω στην περιοχή του Βόρειου Πολικού. Επειδή τα σωματίδια ζώνης ακτινοβολίας φορτίζονται, οι κινήσεις τους καθοδηγούνται από τις μαγνητικές γραμμές δύναμης. Τα παγιδευμένα σωματίδια αναπηδούν μεταξύ των πόλων ενώ περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές του πεδίου.
Τα ραδιοκύματα πολύ χαμηλής συχνότητας (VLF) και το αέριο υποβάθρου (πλάσμα) παγιδεύονται επίσης σε αυτήν την περιοχή. Ακριβώς όπως ένα πρίσμα που μπορεί να κάμψει μια ακτίνα φωτός, το πλάσμα μπορεί να λυγίσει τις διαδρομές διάδοσης των κυμάτων VLF, προκαλώντας τα κύματα να ρέουν κατά μήκος του μαγνητικού πεδίου της Γης. Τα κύματα VLF καθαρίζουν την ασφαλή ζώνη αλληλεπιδρώντας με τα σωματίδια του ιμάντα ακτινοβολίας, αφαιρώντας λίγο από την ενέργειά τους και αλλάζοντας την κατεύθυνση τους. Αυτό μειώνει τη θέση πάνω από τις πολικές περιοχές όπου τα σωματίδια αναπηδούν (ονομάζεται σημείο καθρέφτη). Τελικά, το σημείο του καθρέφτη γίνεται τόσο χαμηλό που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα της Γης. Όταν συμβεί αυτό, τα παγιδευμένα σωματίδια συγκρούονται με ατμοσφαιρικά σωματίδια και χάνονται.
Σύμφωνα με την ομάδα, η ασφαλής ζώνη δημιουργείται σε μια περιοχή όπου οι συνθήκες είναι ευνοϊκές για τα κύματα VLF να κλωτσούν τα σωματίδια. Η έρευνά τους είναι η πρώτη ένδειξη ότι η τοποθεσία αυτής της περιοχής μπορεί να αλλάξει με τον κύκλο ηλιακής δραστηριότητας. Ο Ήλιος περνάει από έναν κύκλο δραστηριότητας 11 ετών, από το μέγιστο στο ελάχιστο και ξανά. Κατά τη διάρκεια της μέγιστης ηλιακής ακτινοβολίας, η αυξημένη ηλιακή υπεριώδης ακτινοβολία θερμαίνει την ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης, την ιονόσφαιρα, προκαλώντας την επέκταση. Αυτό αυξάνει την πυκνότητα του πλάσματος που παγιδεύεται στο μαγνητικό πεδίο της Γης.
Οι ευνοϊκές συνθήκες για την αλληλεπίδραση κυμάτων-σωματιδίων VLF εξαρτώνται από τον συγκεκριμένο συνδυασμό πυκνότητας πλάσματος και ισχύος μαγνητικού πεδίου. Αν και η πυκνότητα πλάσματος γενικά μειώνεται με το υψόμετρο, η επέκταση της ιονόσφαιρας κατά τη διάρκεια του μέγιστου ηλιακού καθιστά το πλάσμα πυκνότερο στο ηλιακό-ελάχιστο υψόμετρο της ασφαλούς ζώνης και αναγκάζει την ευνοϊκή πυκνότητα πλάσματος για την ασφαλή ζώνη να μεταναστεύσει σε μεγαλύτερο υψόμετρο. Επιπλέον, η ισχύς του μαγνητικού πεδίου μειώνεται επίσης με το υψόμετρο. Για να βρούμε την ευνοϊκή ισχύ μαγνητικού πεδίου για την ασφαλή ζώνη σε υψηλότερα υψόμετρα, θα πρέπει να μεταναστεύσουμε προς τους πόλους (υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη), όπου οι γραμμές μαγνητικού πεδίου είναι πιο συγκεντρωμένες και επομένως ισχυρότερες.
"Αυτή η ανακάλυψη συμβάλλει στη μείωση της αναζήτησης για την κύρια περιοχή αλληλεπίδρασης κυμάτων-σωματιδίων που δημιουργεί την ασφαλή ζώνη", δήλωσε ο Fung. «Αν και κανένα γνωστό διαστημικό σκάφος δεν χρησιμοποιεί εκτενώς την ασφαλή ζώνη τώρα, οι γνώσεις μας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον σχεδιασμό και τη λειτουργία μελλοντικών αποστολών που θέλουν να επωφεληθούν από τη ζώνη.»
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η ανακάλυψή τους ενεργοποιήθηκε από ένα νέο εργαλείο επιλογής και ανάκτησης δεδομένων που αναπτύχθηκε από την ομάδα, που ονομάζεται Magnetospheric State Query System. Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τη NASA και το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας. Η ομάδα περιλαμβάνει τους Fung, Dr. Xi Shao (National Research Council, Washington) και Dr. Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Md.).
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου της NASA
