Naturalną ochronę naszej planety przed wysokoenergetycznymi cząstkami stanowią między innymi pasy radiacyjne Van Allena. Są to obszary magnetosfery, w których ziemskie pole magnetyczne zatrzymuje naładowane cząstki pochodzące przede wszystkim z aktywności Słońca. Wyróżnia się dwa główne pasy: wewnętrzny, zdominowany przez protony, oraz zewnętrzny, w którym występują przede wszystkim wysokoenergetyczne elektrony.
Czytaj też: Burza słoneczna zmieniła się w niespodziewany sposób. Sondy zarejestrowały przemianę plazmy
W 2014 roku sonda Van Allen Probes wykryła granicę, która wzbudziła zainteresowanie naukowców. Elektrony o ekstremalnie wysokich energiach, poruszające się z prędkością bliską prędkości światła, wydawały się zatrzymywać na wysokości około 11 500 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Zachowywały się tak, jakby napotykały niewidzialną, niemal nieprzeniknioną ścianę. Przez długi czas wydawało się, że mechanizm ten skutecznie ogranicza przedostawanie się najbardziej niebezpiecznych elektronów do bliższego otoczenia naszej planety, lecz sytuacja uległa zmianie w maju 2024 roku.
Właśnie wtedy Ziemię nawiedziła wyjątkowo silna burza geomagnetyczna. Było to jedno z najbardziej intensywnych zaburzeń ziemskiego pola magnetycznego od czasu słynnej burzy z października 2003 roku. Wiatr słoneczny osiągał prędkość około 1200 kilometrów na sekundę, silnie oddziałując na magnetosferę. Zmiany zarejestrowała japońska sonda Arase, znana również jako ERG, która bada ziemskie środowisko radiacyjne od 2017 roku. Jej instrumenty wykryły gwałtowny wzrost liczby ultrarelatywistycznych elektronów. Ich poziom był nawet 5000 razy wyższy od typowego tła.
Najbardziej zaskakujące było jednak miejsce, w którym pojawiły się te cząstki. Analiza danych ujawniła, iż elektrony nie przedostały się po prostu z zewnętrznych obszarów magnetosfery. Zostały przyspieszone lokalnie, już wewnątrz granicy uznawanej wcześniej za ochronną. Zespół badawczy Yoshizumiego Miyoshiego z Uniwersytetu w Nagoi zidentyfikował mechanizm odpowiedzialny za to zjawisko. Kluczową rolę odegrały fale elektromagnetyczne o niskiej częstotliwości, które w przetworzeniu na dźwięk przypominają charakterystyczne gwizdy.
Podczas burzy geomagnetycznej ziemska magnetosfera uległa silnemu zaburzeniu, a plazmasfera, czyli obszar wypełniony naładowanym gazem, została ściśnięta w kierunku planety. Dodatkowo wystąpiły zmiany w jonosferze, które doprowadziły do znacznego spadku lokalnej gęstości plazmy. Powstały w ten sposób warunki sprzyjające skutecznemu oddziaływaniu fal chóru na elektrony. Fale przekazywały im energię, przyspieszając cząstki z poziomu poniżej miliona elektronowoltów do energii rzędu wielu megaelektronowoltów. W rezultacie niebezpieczne promieniowanie pojawiło się w miejscu, które wcześniej było względnie bezpieczne.
Czytaj też: Nowy miniksiężyc Ziemi. Planetoida 2026 QQ8 tymczasowym satelitą naszej planety
Jak odnotowali autorzy badań w tej sprawie, podwyższony poziom promieniowania utrzymywał się przez kilka miesięcy, a jego ślady sonda Arase obserwowała aż do kolejnej burzy słonecznej w październiku 2024 roku. Szczegółowe wyniki badań w tej sprawie trafiły na łamy Geophysical Research Letters. Pokazują one, że zagrożenie radiacyjne w przestrzeni kosmicznej może być bardziej złożone, niż przypuszczali eksperci. Co najistotniejsze, niebezpieczne elektrony mogą powstawać również lokalnie, gdy zmieniają się warunki w ziemskiej magnetosferze. To ważna informacja w kontekście rozwoju załogowych lotów kosmicznych, przyszłych stacji orbitalnych oraz planowanych misji księżycowych. Bo choć ziemska tarcza radiacyjna pełni niezwykle ważną funkcję, to nie jest nieprzenikniona.
Źródło: NDTV
