Ogromne wyrwy w magnetosferze Ziemi mogą pozostać otwarte nawet przez kilka godzin. W tym czasie wiatr słoneczny może wniknąć w magnetosferę i zapoczątkować burzę magnetyczną na Ziemi. Takie wnioski płyną z obserwacji wykonanych przez satelitę IMAGE, należącego do NASA i flotyllę satelitów Cluster należącą do ESA.

O wyrwach w polu magnetycznym naukowcy wiedzieli już wcześniej, jednak dotychczas nie było wiadomo, że mogą one pozostać otwarte tak długo. Dzięki odkryciu, w jaki sposób dochodzi do wyłomu w tej tarczy ochronnej Ziemi, fizycy będą mogli lepiej ocenić skutki silnych burz kosmicznych.

„Odkryliśmy, że nasza osłona magnetyczna jest pełna dziur, można powiedzieć, że znaleźliśmy się w domu z otwartym podczas burzy oknem” – mówi dr Harald Frey z University of California w Berkeley, autor pracy, która ukazała się 4 grudnia 2003 roku w magazynie Nature. – „Dom przetrwał burzę, ale kanapa jest zalana. Podobnie nasza magnetosfera przetrzymuje atak burzy kosmicznej, jednak część energii burzy przecieka przez szczeliny i to może wystarczyć, aby ucierpiały satelity, komunikacja radiowa i system zasilania„.

„Wiedza, że wyrwy pozostają otwarte długo, a nie sporadycznie otwierają się i zamykają, może zostać uwzględniona w modelach prognozowania pogody kosmicznej i w ten sposób będziemy mogli lepiej ocenić wpływ aktywności słonecznej na Ziemię” – mówi dr Tai Phan z UC, współautor pracy.

Wiatr słoneczny przenosi energię Słońca na Ziemię za pośrednictwem pola magnetycznego, które jest z nim związane, oraz przez swoją ogromną prędkość, sięgającą setek kilometrów na sekundę. Podczas gwałtownych zjawisk na Słońcu, takich jak koronalny wyrzut masy, wiatr słoneczny może stać się porywisty.

NASA

Na tej artystycznej wizji przedstawiono, jak wiatr słoneczny przenika przez magnetosferę ziemską (linie pola magnetycznego oznaczono na czerwono).

Ziemskie pole magnetyczne rozciąga się na dziesiątki tysięcy kilometrów. Otacza całą planetę i stanowi barierę chroniącą Ziemię przed naładowanymi cząstkami i zdradliwym polem magnetycznym, które mogą zostać wyrzucone w naszą stronę podczas CME. Jednak odczuwalne przez nas burze kosmiczne, o mocy przekraczającej nawet bilion watów, wskazują, że nasza tarcza nie jest nieprzenikalna.

W 1961 roku dr Jim Dungey z Imperial College w Wielkiej Brytanii przewidział, że w ziemskiej magnetosferze mogą tworzyć się szczeliny, gdy wiatr słoneczny związany będzie z polem magnetycznym przeciwnie zorientowanym do ziemskiego pola magnetycznego. W regionach, gdzie nastąpi takie spotkanie, dojdzie do procesu zwanego rekoneksją magnetyczną i może utworzyć się wyrwa, przez którą wnikną naładowane cząstki i wpłynie wiatr słoneczny. W 1979 roku dr Goetz Paschmann z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics wykrył ślady wyrw za pomocą satelity International Sun Earth Explorer. Jednak ponieważ satelita zaledwie przez chwilę przebywał w rejonie wyrwy, nie wiedziano, czy wyrwy były tymczasowe, czy stabilne przez dłuższy czas.

Do nowych obserwacji wykorzystano satelitę Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration (IMAGE), który wykrył obszar wielkości stanu Kalifornia, w jonosferze nad Arktyką, gdzie 75-megawatowa zorza protonowa utrzymywała się przez kilka godzin. Taka zorza różni się od zazwyczaj podziwianych zórz. Generują ją ciężkie cząstki (jony) uderzające w atmosferę i wywołujące emisję promieniowania ultrafioletowego, niewidzialnego gołym okiem, lecz wykrywanego przez Far Ultraviolet Imager znajdujący się na pokładzie IMAGE.

Spaceflight Now

Ilustracja przedstawia konfigurację, w jakiej znajdowały się 18 marca 2002 roku satelity IMAGE i Cluster, podczas przełomowych obserwacji zórz protonowych. IMAGE znajdował się bliżej Ziemi, obserwując zorzę zawierającą kropki protonowe, a flotylla Cluster przecinała magnetosferę, dostarczając informacji o tym, że dochodzi do rekoneksji pola magnetycznego i protony przenikaja do atmosfery ziemskiej. Protony te przemieściły się po liniach pola magnetycznego do atmosfery, odpowiadając za powstanie punktów protonowych.

W tym samym czasie gdy IMAGE obserwował zorzę, wysoko nad nim przeleciały cztery satelity Cluster. Satelity znalazły się dokładnie w wyrwie i wykryły strumień jonów pochodzących od wiatru słonecznego. W normalnych okolicznościach magnetosfera odbiłaby cząstki wiatru, więc dane otrzymane przez satelity Cluster potwierdziły obecność pęknięcia. Jony wiatru słonecznego bombardowały atmosferę dokładnie w tym samym regionie, gdzie IMAGE obserwował zorzę. Fakt, że IMAGE obserwował zorzę protonową przez ponad 9 godzin, zanim przemieścił się na swej orbicie tak, że już jej nie widział, wskazuje, że wyrwa pozostała niezasklepiona. O obserwacjach Satelity łączą swe wysiłki rozwiązując zagadkę zórz„>pisaliśmy.

Na podstawie danych z Clusterów i IMAGE oszacowano, że wyrwa miała rozmiar dwóch Ziemi i znajdowała się na granicy magnetosfery 60 000 kilometrów na powierzchnią planety. Ponieważ linie pola magnetycznego zbiegają się w okolicy biegunów, w górnej warstwie atmosfery rozmiary wyrwy nie przekraczały już powierzchni Kalifornii.

Satelita IMAGE został wyniesiony na orbitę 25 marca 2000 roku. jego zadaniem jest obserwacja przestrzeni kosmicznej wokół Ziemi i wpływu pola magnetycznego Ziemi na ten rejon. Cztery satelity Cluster: Tango, Salsa, Rumba i Samba wystrzelone zostały w lecie 2000 roku i zbierają dane o trójwymiarowej strukturze pola magnetycznego Ziemi.