Nasze kosmiczne sąsiedztwo wciąż skrywa wiele tajemnic

Deszcz elektronowy wokół Ziemi. Skąd się bierze?

Wydawać by się mogło, że o naszym kosmicznym sąsiedztwie wiemy już wszystko. Nic bardziej mylnego. Naukowcy z UCLA odkryli nieznane wcześniej źródło superszybkich elektronów, które może mieć wpływ na satelity i przyszłe podróże kosmiczne. To prawdziwy deszcz elektronowy.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles zaobserwował nieoczekiwane, gwałtowne „opady elektronów” z niskiej orbity okołoziemskiej za pomocą satelitów ELFIN i sondy THEMIS. Ustalono, że nagła „ulewa” została spowodowana przez rodzaj fal zwanych whistler, które powodują zmarszczki plazmy w przestrzeni kosmicznej i wpływają na elektrony w ziemskiej magnetosferze. Wyniki badań opublikowano w Nature Communications.

ELFIN jest pierwszym satelitą, który mierzy te superszybkie elektrony. Misja dostarcza nowych informacji dzięki unikalnemu punktowi obserwacyjnemu w łańcuchu zdarzeń, który je wytwarza.

Xiaojia Zhang z UCLA, główny autor badań

Centralnym elementem tego łańcucha zdarzeń jest najbliższe sąsiedztwo Ziemi, które jest wypełnione naładowanymi cząstkami krążącymi w olbrzymich pierścieniach wokół planety – w tzw. pasach Van Allena. Elektrony w tych pasach poruszają się po spiralach, które dosłownie odbijają się między północnym i południowym biegunem Ziemi. W pewnych warunkach w pasach Van Allena wytwarzają się fale typu whistler, które przyspieszają elektrony. W efekcie droga elektronów wydłuża się do tego stopnia, że wypadają one z pasów i opadają na atmosferę, tworząc deszcz elektronowy.

Można sobie wyobrazić pasy Van Allena jako duży zbiornik wypełniony wodą – lub w tym przypadku elektronami. Gdy zbiornik się napełnia, woda okresowo spływa do odpływu, aby nie dopuścić do jego przepełnienia. Jednak gdy w zbiorniku pojawiają się duże fale, wzburzona woda wylewa się przez krawędź, szybciej i w większej objętości niż przez odpływ. System ELFIN, który znajduje się w dolnym biegu obu strumieni, jest w stanie odpowiednio zmierzyć udział każdego z nich.

prof. Vassilis Angelopolous z UCLA, koordynator projektu ELFIN

Czytaj też: Jak ważny dla nauki jest wiatr słoneczny?

Odkrycia dotyczące deszczu elektronowego są szczególnie ważne, ponieważ obecne teorie i modele pogody kosmicznej, uwzględniając inne źródła elektronów dostających się do atmosfery, nie przewidują tego dodatkowego przepływu elektronów wywołanego falami whistler, który może wpływać na chemię atmosfery ziemskiej, stwarzać zagrożenie dla statków kosmicznych i uszkadzać nisko orbitujące satelity.

Chociaż powszechnie uważa się, że przestrzeń kosmiczna jest oddzielona od naszej górnej atmosfery, są one ze sobą nierozerwalnie związane. Zrozumienie, w jaki sposób są one połączone, może przynieść korzyści satelitom i astronautom przechodzącym przez ten region, które mają coraz większe znaczenie dla handlu, telekomunikacji i turystyki kosmicznej.

prof. Vassilis Angelopolous