Choć tzw. „zabójcze elektrony” (killer electrons) – cząstki rozpędzane niemal do prędkości światła, zdolne przenikać przez osłony satelitów, niszczyć wrażliwą elektronikę pokładową oraz zagrażać zdrowiu astronautów – od dawna badano na niskiej orbicie okołoziemskiej, dotąd uważano, że ich wtargnięcie w najgłębsze warstwy otoczenia naszej planety jest fizycznie niemożliwe.
Przekonanie to ugruntowało się w 2014 roku, kiedy dane z bliźniaczych sond Van Allen Probes ujawniły niezwykle ostrą granicę położoną w odległości około trzech promieni Ziemi od jej środka, poza którą ultrarelatywistyczne cząstki praktycznie nigdy się nie przedostawały.
Przyjmowano wówczas model, według którego fale elektromagnetyczne w chłodnej plazmie plazmosfery skutecznie rozpraszały elektrony z ich uwięzionych orbit, spychając je w gęste warstwy atmosfery, co w połączeniu z powolną migracją dośrodkową tworzyło naturalny bufor ochronny. Pierwsze wątpliwości pojawiły się już w 2018 roku, gdy część fizyków zasugerowała, że owa bariera może być jedynie złudzeniem wynikającym z faktu, że typowe burze magnetyczne wygasają szybciej, niż elektrony zdążą przewędrować w głąb pasów.
Kolejny wyłom przyniosły analizy pomiarów z lat 1996–2006 (opublikowane na początku 2024 roku), wykazujące, że fale generowane przez wyładowania atmosferyczne mogą strącać uwięzione już w wewnętrznym pasie elektrony o energiach rzędu megaelektronowoltów ku atmosferze, co dowodziło ich wcześniejszej obecności wewnątrz rzekomego bastionu.
Ostateczny cios teorii nienaruszalnej tarczy zadała jednak ekstremalna burza słoneczna z maja 2024 roku, wywołana serią potężnych rozbłysków i koronalnych wyrzutów masy (CME), które cisnęły w przestrzeń miliardy ton namagnesowanej plazmy. Wydarzenie to wywołało na Ziemi burzę geomagnetyczną najwyższej kategorii G5 – tak potężną, że jej skutki zarejestrowano nawet na dnie oceanów.
Pod wpływem uderzenia chłodna plazma w ziemskiej plazmosferze została drastycznie zredukowana, tworząc rzadkie środowisko, w którym zaczęły dominować specyficzne fale elektromagnetyczne zwane chórem (chorus), których sygnał po konwersji na fale dźwiękowe przypomina śpiew ptaków.Zamiast rozpraszać cząstki, fale te zadziałały jak kosmiczny akcelerator, doprowadzając elektrony do gigantycznych energii bezpośrednio wewnątrz teoretycznie chronionej strefy.
Zjawisko to zarejestrował japoński satelita Arase, który monitoruje pasy radiacyjne nieprzerwanie od 2017 roku. W fazie rekonwalescencji po majowej burzy aparatura sondy odnotowała ponad 5000-krotny wzrost strumienia ultrarelatywistycznych elektronów o energii około 3 megaelektronowoltów wewnątrz dawnej bariery. Kluczowa okazała się dynamika czasowa tego procesu: najpierw pojawiły się elektrony o niższych energiach, po około pół dobie dołączyły cząstki szybsze, a po upływie doby nastąpił gwałtowny skok populacji przekraczających 3 MeV.
Taka sekwencja w połączeniu z wyraźnym pikiem gęstości w pobliżu samej granicy wykluczyła prosty transport cząstek z zewnątrz,dowodząc, że akceleracja zaszła lokalnie na miejscu. Powrót magnetosfery do stanu równowagi trwał całe miesiące – opadający strumień cząstek Arase śledził aż do października 2024 roku, kiedy nadszedł kolejny sztorm słoneczny. Jak podsumowuje prof. Miyoshi, zrozumienie tych ekstremalnych procesów przyspieszania jest absolutnie niezbędne do precyzyjnego modelowania pogody kosmicznej i zabezpieczania przyszłych misji załogowych przed nagłymi falami radiacji.
