Ρωγμές στη γήινη μαγνητική ασπίδα

Από σελίδα της NASA, 3 Δεκεμβρίου 2003

Η Γη περιβάλλεται από ένα μαγνητικό πεδίο  -- σαν μια φυσαλίδα στο διάστημα που είναι γνωστή σαν μαγνητόσφαιρα  διαστάσεων δεκάδων χιλιάδων χιλιομέτρων.

Αν και πολλοί άνθρωποι δεν ξέρουν ότι υπάρχει, η μαγνητόσφαιρα είναι ένα μέρος του ίδιου του μαγνητικού πεδίου της Γης, που εκτρέπει τις μαγνητικές βελόνες στις πυξίδες πάνω στη Γη. Αλλά κάνει και κάτι άλλο σημαντικό. Η μαγνητόσφαιρα δρα σαν μια ασπίδα που μας προστατεύει από τις ηλιακές καταιγίδες.

Εντούτοις, σύμφωνα με τις νέες παρατηρήσεις από το διαστημικό σκάφος IMAGE της NASA και το σμήνος των δορυφόρων του κοινού προγράμματος NASA/ESA, οι τεράστιες ρωγμές αναπτύσσονται μερικές φορές στη γήινη μαγνητόσφαιρα και παραμένουν ανοικτές για ώρες. Αυτό επιτρέπει στον ηλιακό άνεμο να περάσει από την μαγνητική ασπίδα του πλανήτη μας και να προκαλέσει ισχυρό θυελλώδη διαστημικό καιρό.

Το IMAGE πέταξε στις 25 Μαρτίου το 2000, για να μας δώσει συνολική εικόνα του διαστήματος γύρω από τη Γη που επηρεάζεται από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Ενώ το Σμήνος των Δορυφόρων, που φτιάχτηκαν από την ESA, εκτοξεύτηκαν στις 16 Ιουλίου του 2000, για να φτιάξουν μια τρισδιάστατη εικόνα του μαγνητικού πεδίου της Γης.

"Έχουμε ανακαλύψει ότι η μαγνητική ασπίδα μας δεν είναι στεγανή, αλλά παραμένει ανοικτή κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής καταιγίδας," λέει ο Harald Frey του Πανεπιστημίου Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ, επικεφαλής συντάκτης μιας δημοσιευμένης έρευνας στο Nature στις 4 Δεκεμβρίου.

"Η μαγνητική ασπίδα μας υποχωρεί μπροστά στην ορμή των διαστημικών καταιγίδων, αρκετά για να προκαλέσει προβλήματα με τους δορυφόρους, τη ραδιοεπικοινωνία, και τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας."

"Οι καινούργιες ιδέες ότι οι ρωγμές είναι ανοικτές για μεγάλες χρονικές περιόδους μπορεί να ενσωματωθεί στα μοντέλα των υπολογιστών για την καιρική πρόβλεψη του διαστημικού καιρού και πως επηρεάζεται από τα βίαια γεγονότα τον ήλιο," προσθέτει ο Tai Phan, επίσης στο Μπέρκλεϋ, και συντάκτης της ίδιας έρευνας.

Ο ηλιακός άνεμος είναι ένα γρήγορο ρεύμα ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια και ιόντα) που εκρέουν συνεχώς από τον ήλιο. Ο άνεμος μπορεί να γίνει έντονος κατά τη διάρκεια βίαιων ηλιακών γεγονότων, όπως οι εκτινάξεις στεμματικού υλικού(CME), τις γνωστές ξαφνικές εκρήξεις υλικού από τον ήλιο, οι οποίες μπορούν να στείλουν δισεκατομμύρια τόνους ηλεκτρισμένου αερίου στο διάστημα με ταχύτητες εκατομμύρια χιλιομέτρων την ώρα.

Η γήινη μαγνητόσφαιρα μας προστατεύει εκτρέποντας τα σωματίδια και τα μαγνητικά πεδία, που μεταφέρονται από τις CME. Ακόμα κι έτσι, οι διαστημικές καταιγίδες και τα εντυπωσιακά φωτεινά αποτελέσματά τους, όπως είναι τα σέλη που φωτίζουν πάνω από τις πολικές περιοχές με μια ισχύ της τάξεως  εκατοντάδων εκατομμυρίων βατ, έχουν δείξει ότι η ασπίδα αυτή δεν είναι αδιαπέραστη.

Το 1961, ο Jim Dungey του Αυτοκρατορικού Κολλεγίου του Ηνωμένου Βασιλείου, πρόβλεψε ότι μπορούν να σχηματιστούν ρωγμές στη 'μαγνητική ασπίδα', όταν το μαγνητικό πεδίο του ηλιακούς ανέμου προσανατολιζόταν σε αντίθετη κατεύθυνση προς μια περιοχή του γήινου πεδίου. Σε αυτές τις περιοχές, τα δύο μαγνητικά πεδία θα αλληλοσυνδεθούν μέσω μιας διαδικασίας που είναι γνωστής ως "μαγνητική επανασύνδεση," σχηματίζοντας έτσι μια ρωγμή στην 'μαγνητική ασπίδα', μέσω της οποίας  θα μπορούσαν να περάσουν τα ηλεκτρικά σωματίδια του ηλιακού ανέμου.

Αριστερά: Μια μαγνητική επανασύνδεση σε σχήμα. Οι γραμμές (σε καφέ-κίτρινο χρώμα) δείχνουν τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου). Η φωτεινή κουκίδα είναι εκεί όπου τα αντίθετα μαγνητικά πεδία έρχονται σε επαφή και "επανασυνδέονται".

Ακολούθως, το 1979, ο Goetz Paschmann του Ινστιτούτου Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική, στη Γερμανία ανίχνευσε τις ρωγμές χρησιμοποιώντας το Διεθνές Ερευνητικό Διαστημικό Σκάφος Ήλιου-Γης (ISEE). Εντούτοις, καθώς αυτό το διαστημικό σκάφος πέρασε πολύ σύντομα μέσω των ρωγμών κατά τη διάρκεια της τροχιάς του, ήταν άγνωστο στους επιστήμονες εάν οι ρωγμές της μαγνητόσφαιρας ήταν προσωρινά χαρακτηριστικά γνωρίσματα ή εάν ήταν σταθερά για μεγάλες περιόδους.

Στις νέες παρατηρήσεις, του δορυφόρου  IMAGE (Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration),  αποκάλυψε μια περιοχή σχεδόν στο μέγεθος της Καλιφόρνιας στην αρκτική ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου ένα σέλας - ισχύος 75 μεγαβάτ - φώτιζε για ώρες.

Το πρωτονιακό σέλας είναι μια μορφή του κανονικού βόρειου σέλαος, που προκαλείται από βαριά ηλιακά ιόντα που χτυπούν τη γήινη ανώτερη ατμόσφαιρα, αναγκάζοντας την να εκπέμψει υπεριώδες φως -- αόρατο μεν στο ανθρώπινο μάτι αλλά ανιχνεύσιμο δε από το δορυφόρο IMAGE.

Ενώ αυτό το σέλας καταγραφόταν από το IMAGE, το σμήνος των τεσσάρων δορυφόρων πέταγε πολύ πάνω από το IMAGE, κατευθείαν μέσα στη ρωγμή, και ανίχνευσε τα ιόντα του ηλιακού ανέμου, που έρεαν μέσω αυτής της ρωγμής.

Αυτό το ρεύμα των ιόντων του ηλιακού ανέμου βομβάρδισε την ατμόσφαιρά μας ακριβώς στην ίδια περιοχή όπου το IMAGE είδε το πρωτονιακό σέλας. Το γεγονός ότι το IMAGE ήταν σε θέση να δείξει το πρωτονιακό σέλας για περισσότερο από 9 ώρες, υπονοεί ότι η ρωγμή παρέμεινε συνεχώς ανοικτή.

Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι η ρωγμή ήταν μεγέθους δύο φορές το μέγεθος της Γης στα όρια της μαγνητικής ασπίδας μας -- περίπου 60.000 km πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη. Καθώς το μαγνητικό πεδίο στενεύει στις πολικές περιοχές της Γης, το μέγεθος της ρωγμής μειώθηκε περίπου στο μέγεθος της Καλιφόρνιας, κοντά στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Ευτυχώς, αυτές οι ρωγμές δεν εκθέτουν τη γήινη επιφάνεια στον ηλιακό άνεμο. Η ατμόσφαιρά της Γης μας προστατεύει, ακόμα και όταν το μαγνητικό πεδίο μας δεν το κάνει. Τα αποτελέσματα των ηλιακών καταιγίδων γίνονται αισθητά κυρίως στα υψηλά στρώματα της ανώτερης ατμόσφαιρας και στην περιοχή του διαστήματος γύρω από τη Γη και εκεί όπου οι δορυφόροι βρίσκονται σε τροχιά.