Pasy radiacyjne Ziemi – obszary naładowanych cząstek otaczających naszą planetę zostały odkryte ponad 50 lat temu. Mimo to nadal nie poznano w pełni ich własności. Obecnie misja zorganizowana przez NASA – Van Allen Probes, wykazała, że najszybsze i najbardziej energetyczne elektrony w wewnętrznym pasie nie są tak powszechne jak wcześniej przypuszczano. Wyniki badań przeprowadzonych przez dwa satelity zostały opublikowane w „Journal of Geophysical Research”. Są one bardzo zadawalające zwłaszcza dla tych, którzy planują wysłanie satelitów. Wynika z nich, że wewnętrzny pas radiacyjny nie jest tak bardzo naładowany wysokoenergetycznymi cząstkami.

Aparatura wysłana podczas poprzednich misji kosmicznych nie była w stanie rozróżnić elektronów od wysokoenergetycznych elektronów znajdujących się w pasie radiacyjnym. Jednak wykorzystując MagEIS (Magnietic Elektron and Ion Spectrometer – magnetyczny spektrometr elektronów i jonów) naukowcy mogli po raz pierwszy spojrzeć osobo na każdy z tych typów cząstek. Okazało się, że wcześniejsze założenia były błędne – elektrony, które poruszają się z bardzo dużymi prędkościami nie stanowią podstawowego elementu struktury pasu wewnętrznego.

Podczas potężnych burzy geomagnetycznych, relatywistyczne elektrony, które zazwyczaj występują tylko w zewnętrznym pasie radiacyjnym, przemieszczają się bliżej Ziemi zasilając pas wewnętrzny. Mogą tam pozostać przez wiele miesięcy, podczas gdy szybko znikają z przerwy pomiędzy pasami.

Do tej pory to zewnętrzny pas uchodził za niestabilny. Kurczył się i rozkurczał podczas burz geomagnetycznych. Była to reakcja na ciśnienie wywierane przez pole magnetyczne oraz cząstki wyrzucane ze Słońca. Pas wewnętrzny pozostawał niewzruszony. Jednak uległo to zmianie po silnej burzy geomagnetycznej z czerwca 2015r. Relatywistyczne elektrony zostały wepchnięte głęboko w wewnętrzny pas radiacyjny. Aby dokonać tego odkrycia, wykorzystany sprzęt musiał mieć odpowiednią budowę. Instrument MagEIS został tak zaprojektowany, by wytwarzać własne, wewnętrzne pole magnetyczne. Dzięki temu można było rozróżnić protony od elektronów zarówno na podstawie ładunku jak i posiadanej przez nie energii. Umożliwiło to określenie, które cząstki później pojawiły się w wewnętrznym pasie.

Wizualizacja przedstawia zmiany jakie zachodzą w pasach radiacyjnych pod wpływem zmiany zagęszczenia relatywistycznych elektronów spowodowanej przez burzę geomagnetyczną z 2015r. Kolor czerwony oznacza większą ilość tych elektronów.

NASA

Biorąc pod uwagę, jak rzadko pojawiają się burze, które zasilają pasy Van Allena w relatywistyczne elektrony, wiadomo teraz, że poziom promieniotwórczy w wewnętrznym pasie jest zazwyczaj o wiele niższy niż wcześniej zakładano. Mając do dyspozycji informacje, jak silne jest promieniowanie w tym rejonie, będzie można zacząć projektować nowe satelity i sondy międzyplanetarne, które nie muszą być aż tak wytrzymałe niż dotychczasowe. Redukuje to zarówno masę samego urządzenia jak i koszty potrzebne na zbudowanie. Jednak aby stworzyć jak najlepszą bazę informacji, trzeba wszystko jeszcze dokładniej przeanalizować. Naukowcy muszą zbadać m.in. w jakich przypadkach elektrony penetrują wewnętrzny pas Van Allena oraz czy potężniejsze burze geomagnetyczne dostarczają elektrony o większej energii.

Van Allen Probes to druga misja z programu „Living with a Star”, ale też jedna z wielu zajmująca się badaniem pod kątem heliofizyki środowiska wokół Ziemi. Satelity nurkują w pasy radiacyjne średnio 5 razy dziennie, pokonując trasę na bardzo eliptycznej orbicie. Celem misji jest zrozumienie procesu, który dodaje lub zabiera elektrony z tego obszaru.

Autor

Anna Wizerkaniuk
Anna Wizerkaniuk

Zastępca redaktor naczelnej portalu astronomicznego AstroNET, związana z Klubem Astronomicznym "Almukantarat"