Pogoda na Ziemi ma wpływ na "pogodę" w kosmosie. Nowe badanie

Badania, opublikowane w październiku 2024 roku w czasopiśmie Nature Communications, pokazują, że wyładowania atmosferyczne wpływają na wysokoenergetyczne elektrony zwane "zabójczymi elektronami". Są one wybijane z orbit, a następnie przenikają przez metal satelitów i uszkadzają ich układy. Mogą być także groźne dla astronautów, ponieważ jeśli trafią w człowieka, zwiększają ryzyko zachorowania na nowotwory.

Lauren Blum, współautorka badania i profesor w Laboratorium Fizyki Atmosferycznej i Kosmicznej na Uniwersytecie Kolorado, wyjaśnia, że dwa pasy radiacyjne otaczające Ziemię są pełne naładowanych cząstek. Wewnętrzny pas zaczyna się na wysokości około 960 kilometrów nad Ziemią, a zewnętrzny na wysokości około 19,3 tys. kilometrów. 

Pasy te chronią Ziemię, zatrzymując cząstki pochodzące z wiatru słonecznego, ale nie są idealnie szczelne. Wiadomo już od dawna, że wysokoenergetyczne elektrony z zewnętrznego pasa mogą opadać na Ziemię, ale odkrycie, że te z wewnętrznego pasa również są do tego zdolne, jest sporym zaskoczeniem.

Gdy na Ziemi uderza piorun, uwalniana energia wysyła fale radiowe głęboko w przestrzeń kosmiczną. Jeśli te fale uderzą w elektrony w pasach radiacyjnych, to wytrącają je z ich toru. W niektórych przypadkach zjawisko to może nawet wpływać na skład chemiczny atmosfery Ziemi.

Dotychczas badano jedynie mniej energetyczne, "zimne" elektrony opadające z wewnętrznego pasa radiacyjnego. Odkrycie Blum i jej zespołu sugeruje, że znajdują się tam również wysokoenergetyczne elektrony, co wcześniej nie było znane nauce. 

Przełomowe odkrycie zespołu Blum było w dużej mierze przypadkowe. Max Feinland, student i główny autor badania, analizował dane z wycofanego już satelity NASA SAMPEX, kiedy natknął się na coś dziwnego - skupiska wysokoenergetycznych elektronów w wewnętrznym pasie radiacyjnym. Było to sprzeczne z dotychczasową literaturą naukową, która sugerowała, że takich elektronów w wewnętrznym pasie po prostu nie ma.

Po dalszej analizie Feinland zidentyfikował 45 wybuchów wysokoenergetycznych elektronów z lat 1996-2006. Porównując te dane z zapisem uderzeń piorunów w Ameryce Północnej, zespół odkrył, że niektóre z tych zdarzeń miały miejsce niemal natychmiast po uderzeniach piorunów.

Blum porównała to zjawisko do gry w pinball w przestrzeni kosmicznej. Po uderzeniu pioruna fale radiowe z Ziemi wybijają elektrony z ich orbit, powodując, że te, w czasie około 0,2 sekundy, odbijają się między półkulą północną a południową. Z każdym odbiciem część z nich opada na Ziemię, wpadając w naszą atmosferę.

Według naukowców zjawisko to może występować częściej w okresach intensywnej aktywności słonecznej, kiedy Słońce wyrzuca w przestrzeń więcej wysokoenergetycznych elektronów. Obecnie badacze skupiają się na lepszym zrozumieniu mechanizmu powstawania tego zjawiska, aby być w stanie w przyszłości je przewidywać i tym samym zabezpieczać przed nim astronautów i satelity obecne na orbicie.