Útok vražedných elektronů
Dagmar Jarošová, Pondělí, 15. Březen 2010
Evropská mise Cluster přinesla nové informace o energetických částicích, uvězněných v radiačních pásech Země. Tyto nebezpečné elektrony, pocházející ze slunečních bouří, mohou být škodlivé pro satelity a astronauty na oběžné dráze. Pochopení jejich vlastností pomůže zajistit větší bezpečnost budoucím misím.
Ilustrační obrázek.
Vemte si bandu rychle se pohybujících elektronů, umístěte ji kupříkladu na oběžnou dráhu Země, a pak zasáhněte zemskou magnetosféru vlnou částic ze sluneční bouře. Co získáte? Stanou se z nich vražedné elektrony. Tento šokující recept odhalila mise Cluster.
Zabijácké elektrony jsou vysoce energetické částice, uvězněné v radiačních pásech Země, ve výšce od 12.000 km do 64.000 km nad povrchem planety. Elektrony se pohybují téměř rychlostí světla a jejich energie je zhruba tisíckrát vyšší, než u fotonů zdravotnického rentgenu. Během sluneční bouře jejich počet naroste nejméně desetkrát, což představuje hrozbu pro umělé satelity.
Tyhle posílené elektrony jsou natolik aktivní, že proniknou stíněním satelitů a uvnitř způsobují mikroskopické blesky. Pokud tyto elektrické výboje probíhají v životně důležitých systémech, mohou satelit poškodit nebo dokonce úplně vyřadit z provozu.
Dne 7. listopadu 2004 došlo k silné sluneční bouři na části Slunce, která byla natočena směrem k Zemi. Meziplanetární rázovou vlnu následoval velký magnetický mrak. Když první nárazová vlna dolétla do vzdálenosti, ve které se pohyboval solární “ hlídací pes“, sonda SOHO, rychlost slunečního větru (stálý tok slunečních částic) náhle vzrostla z 500 km / s až na 700 km / s.
Krátce poté vlna zasáhla ochrannou magnetickou bublinu Země, tzv.magnetosféru. Ve výšce geostacionární oběžné dráhy Země (ve 36 000 km) tak vznikla v zemské magnetosféře rázová vlna, pohybující se rychlostí přes 1200 km / s.
Sluneční činnost v listopadu 2004, jak ji zaznamenal přístroj EIT (extreme ultraviolet imaging telescope), umístěný na sondě SOHO.
Současně se podle měření skupiny čtyř satelitů, obíhajících po eliptické dráze (19 000 km – 119 000 km), zvaného RAPID (Research with Adaptive Particle Imaging Detectors) začalo zvyšovat množství energetických elektronů ve vnějším radiačním pásu .
Nuže, k pochopení původu vražedných elektronů bylo třeba zaměřit se na výzkum kosmického počasí. Hledané informace by mohly napomoci tomu, aby budoucí mise na oběžné dráze byly bezpečné jak pro lidi, tak pro přístroje na družicích. Díky předchozím údajům, shromážděných misí Cluster a během dalších kosmických misí, vědci navrhli dva mechanismy, pomocí kterých se snaží přesně vysvětlit zrychlení už tak dost nepříjemných elektronů. Jeden sází na vlny o velmi nízkých frekvencích v magnetosféře Země (VLF) – kmitočty 3-30 kHz, druhý používá k vysvětlení ultra nízkou frekvenci (ULF) – kmitočty 0.001-1 Hz. Nejnovější výzkum pak celý problém rozmotal.
Který typ vln tedy nese odpovědnost? Oba. „VLF a ULF vlny urychlují elektrony v radiačním pásu Země, ale po různě dlouhou dobu. ULF vlny jsou mnohem rychlejší než VLF, vzhledem k jejich mnohem větší amplitudě, „říká Qiugang Zong z Pekingské University (Čína) a University of Massachusetts Lowell (USA), hlavní autor studie.
Data ukazují, že k urychlení elektronů až k nebezpečným rychlostem dochází ve dvou krocích, jak VLF vlnami, tak i ULF vlnami. Zpočátku jsou elektrony akcelerovány při zachycení v rázové vlně Zemské magnetosféry. Okamžitě po nárazu oblaku elektronů na rázovou vlnu magnetosféry Země tato začne kmitat s vysokou amplitudou a tím i vysokými rychlostmi na ultra nízkých kmitočtech. Vzhledem ke své povaze se tedy ULF vlnění magnetosféry Země ukazuje jako efektivní mechanismus k dalšímu urychlení prvním krokem předpřipravených elektronů, vedoucímu až ke vzniku vražedných elektronů.
Magnetosféra Země je znázorněna modrou barvou. Van Allenovy vnější a vnitřní radiační pásy jsou uvnitř magnetosféry (oranžová barva).
Přestože analýza byla dlouhá, vyplatilo se počkat na její výsledky. Nyní astronomové vědí, jak jsou urychlovány vražedné elektrony. „Údaje ze čtyř satelitů Cluster umožnily v magnetosféře Země identifikovat ULF vlny, schopné zrychlit elektrony,“ říká Malcolm Dunlop, Rutherford Appleton Laboratory, Didcot (UK), a spoluautor této studie.
Díky analýze údajů z mise Cluster už dnes víme, že pokud díky kosmickému počasí nastanou podmínky ke vzniku nebezpečných elektronů, dorazí první kousky k Zemské atmosféře v příštích pouhých 15 minutách.
Umělecké znázornění čtyř družic Cluster.
„Tyto nové poznatky nám pomohou zlepšit modely předpovídající záření, v němž družice a kosmonauti pracují. Se zvyšující se sluneční aktivitou, která letos pravděpodobně nastává, očekáváme více těchto „elektronových šoků“, dopadajících do naší magnetosféry,“ říká Philippe Escoubet, manažer mise Cluster.
Zdroj: Astrobio.net, NASA
Poděkování za odbornou konzultaci patří Jiřímu Graciasovi.
