Nasze satelity będą bezpieczniejsze

Podczas potężnych burz słonecznych, części namagnetyzowanych zewnętrznych powłok atmosfery Słońca zderzają się z polem magnetycznym Ziemi. W ten sposób tworzą się burze geomagnetyczne, które mogą uszkadzać elektronikę satelitów i statków kosmicznych. To niezwykłe zjawisko ma wpływ na pas radiacyjny wypełniony elektronami poruszającymi się z prędkością bliską prędkości światła.

W 2003 roku burza "Halloween" delikatnie uszkodziła ponad 30 satelitów, a z jednym całkowicie utracono łączność. Szczyt aktywności Słońca nastąpi jednak w 2013 roku. Burze geomagnetyczne mogą wtedy występować nawet kilka razy w miesiącu. Zjawisko o niespotykanej dotąd sile (M9) miało miejsce 24 stycznia bieżącego roku. W stronę Ziemi został wystrzelony wyjątkowo silny strumień plazmy. Space Weather Prediction Center of the National Oceanic and Atmospheric (NOAA), które mierzy siłę zjawisk słonecznych w skali od 1 do 5, wysłało ostrzeżenie o spodziewanej burzy magnetycznej o intensywności G3. W jej efekcie nie ucierpiał żaden satelita, a wybrani mogli podziwiać liczne zorze polarne.

- W trakcie trwania burzy geomagnetycznej, prawie wszystkie elektrony uwięzione w pasie promieniowania znikają, by wrócić z nawiązką kilka godzin później - mówi Vassilis Angelopoulos, profesor z UCLA, badacz Instytutu Geofizyki i Fizyki Planetarnej (IGPP).

- Oceany na Ziemi nie mogą nagle stracić większości wody, ale pasy radiacyjne swoje elektrony już tak i to w bardzo szybkim tempie - dodaje Shprits Yuri, geofizyk z IGPP.

To zagadkowe zjawisko zaintrygowało naukowców już w 1960 roku. Zarejestrowano je wtedy przy pomocy instrumentów pomiarowych umieszczonych na pierwszych statkach kosmicznych.

Dzisiaj przełomowego odkrycia dokonał zespół z UCLA pod wodzą Drew Turnera - asystenta w Departamencie Ziemi i Nauk o Przestrzeni, członka IGPP. W artykule opublikowanym w "Nature Physics" zespół informuje, że znikające z pasa radiacyjnego elektrony są zmiatane przez wiatr słoneczny w okresach wzmożonej aktywności gwiazdy znajdującej się w centrum naszego układu.

- To ważny krok milowy w zrozumieniu środowiska kosmicznego Ziemi. Jesteśmy o krok bliżej do przewidywania zjawisk pogody kosmicznej - zapewnia Drew Turner.

Naukowców szczególnie zaskoczył fakt, że ucieczka cząstek obdarzonych ładunkiem ujemnym następuje w szczytowym okresie burzy. Można by się było spodziewać, że właśnie wtedy, kiedy pas promieniowania jest bombardowany przez wiatr słoneczny, nagromadzenie wysokoenergetycznych cząstek będzie największe. Co wtedy dzieje się z astronomiczną liczbą elektronów? W odpowiedzi na to pytanie pomogły dane zgromadzone przez trzy statki kosmiczne znajdujące się na orbicie ziemskiej, ale w różnych odległościach od powierzchni globu.

Okazało się, że ogromna większość cząstek została zniesiona w przestrzeń przez słoneczny wiatr w okresie wzmożonej aktywności Słońca. Taka fala elektronów może przeniknąć kadłub statku, sondy czy satelity siejąc spustoszenie w układach elektronicznych. Dokładne zrozumienie zachowania elektronów może okazać się niezbędne dla ochrony obiektów przebywających na orbicie okołoziemskiej.

Nowe dane powinna przynieść współpraca Uniwersytetu Kalifornijskiego i Moskiewskiego. Międzynarodowy zespół obiecuje jeszcze dokładniejszą analizę zachowania elektronów zmiatanych przez słoneczny wiatr. Wiosną tego roku w przestrzeń powędruje rosyjska sonda Łomonosow, która wykona pomiary wysokoenergetycznych cząstek z niespotykaną dotąd dokładnością.

- Podczas gdy większość satelitów jest zaprojektowanych z myślą o ochronie przed promieniowaniem, inżynierowie statków kosmicznych muszą polegać na statystyce ze względu na brak danych potrzebnych do modelowania i przewidywania zachowania elektronów o wysokiej energii z zewnętrznego pasa promieniowania - mówi Turner.

-----

Pas radiacyjny (Pas Van Allena) jest obszarem intensywnego promieniowania otaczającym naszą planetę. W jego skład wchodzą protony i elektrony o wysokiej energii, schwytane przez pole magnetyczne Ziemi. Wyróżnia się dwa pasy radiacyjne - wewnętrzny i zewnętrzny. Pierwszy rozciąga się w odległościach od 0,1 do 1,5 promienia Ziemi od powierzchni globu, natomiast drugi od 2 do 10 promieni. W 1958 roku odkrył je amerykański astronom James Alfred Van Allen. Od tamtej pory starano się rozumieć ich wpływ na naszą planetę, a przede wszystkim - zagadkowe znikanie tworzących je elektronów.