Cztery należące do ESA satelity znane pod wspólną nazwą Cluster odkryły wiry wyrzuconego materiału słonecznego wysoko nad powierzchnią Ziemi. Niezwykle gorący gaz uwięziony w tych strukturach prawdopodobnie toruje im droge do magnetycznego bąbla Ziemi – magnetosfery. Odkrycie jest najprawdopodobniej wyjaśnieniem liczącej sobie 7 lat zagadki w jaki sposób naelektryzowany gaz zasila magnetosferę, która powinna byc dla niego barierą.

Ziemskie pole magnetyczne jest pierwszą barierą chroniącą nas przed wiatrem słonecznym. Niekiedy przenoszone przez niego pole magnetyczne jest zgodne z ziemskim, innym razem znowu ma przeciwny zwrot.

Kiedy spotykają się dwa prądy o przeciwnych zwrotach pola, powstaje coś, co można określić jako drzwi w ziemskim polu magnetycznym. Zjawisko to, zwane magnetycznym połączeniem, pozwala wiatrowi słonecznemu przedostać się i zgromadzić w zbiorniku będącym graniczną częścią magnetosfery. Przeczy to teorii, w myśl której ma to być nieprzepuszczalna warstwa ochronna. Z drugiej strony pomiary wykonane przez satelity sięgają 1987 roku i stanowią niezłą układankę, pokazując wyraźnie, ze graniczna warstwa jest pełniejsza, kiedy zwroty pól są zgodne. Powstaje więc pytanie, w jaki sposób wiatr słoneczny dostaje się do magnetosfery.

Dzięki danym uzyskanym przez Clustera, naukowcy dokonali przełomu. 20 listopada 2001 roku satelity znalazły się po akurat ciemnej stronie planety (czyli po prostu tam, gdzie trwała noc), gdzie wiatr słoneczny przedostaje się do magnetosfery. Udało im się się napotkać wiry gorącego gazu stykającego się z wiatrem słonecznym na granicy magnetosfery.

Wiry te tworzą ogromną strukturę, na około 6 promieni Ziemi” – powiedział dr Hiroshi Hasegawa z Dartmouth College w New Hampshire, który analizował dane wraz z międzynarodowym zespołem. Uzyskane przez nich rezultaty szacują wielkość każdego z tworów na 40000 kilometrów, jest to jednocześnie pierwsze odkrycie takich struktur.

Wiry znane są jako niestabilności Kelwina-Helmholtza(KHI). Występują one wtedy, gdy dwa sąsiednie prądy przemieszczają się z różnymi prędkościami, dobrym przykładem takiej sytuacji są fale pędzone przez wiatr na powierzchni oceanu. Chociaż KHI obserwowano już wcześniej, wirów nie zauważono w poprzednich badaniach.

Kiedy KHI przeistacza się w wir, staje się tak zwanym kocim okiem Kelwina. Dane zebrane przez Clustera pokazują gęste wariacje naelektryzowanego gazu, i to dokładnie w granicznej warstwie magnetosfery – magnetopauzie, identyczne z tymi, jakich oczekuje się podczas podróżowania przez kocie oko Kelwina.

Naukowcy uważają, że jeżeli struktury te odpowiadają za powstanie magnetopauzy, to mogą one wypychać znaczne ilości wiatru słonecznego do granicznej warstwy magnetosfery podczas zapadania się. Cząsteczki wiatru słonecznego, które znajdą się w wewnętrznej części magnetosfery, mogą przedostać się do atmosfery, gdzie następnie niekiedy wywołują efektowne zorze polarne.

Odkrycia Clustera wzmacniają ten scenariusz, nie podają jednak żadnych precyzyjnych opisów mechanizmu transportu gazu do magnetycznego ziemskiego bąbla. Nie wiemy więc, czy jest to wyłącznie proces napełniania zewnętrznej warstwy magnetosfery przy zgodnych zwrotach pola. Aby dokonać odpowiednich pomiarów trzeba jednak będzie poczekać na kolejną generację magnetosferycznych satelitów.

Rezultaty dotychczasowych badań pojawiły się w czwartkowym wydaniu Nature, w artykule opatrzonym tytułem ‘Transport of solar wind into Earth’s magnetosphere through rolled-up Kelvin-Helmholtz vortices’ (Przemieszczanie się wiatru słonecznego poprzez wiry Kelwina-Heimholtza) autorstwa H. Hasegawy, M. Fujimoto, T.D. Phana, H. Reme, A. Balogha, M.W. Dunlopa, C. Hashimoto oraz R. TanDokoro.

Cluster to misja międzynarodowa prowadzona przy wpółpracy ESA i NASA. Ma do dyspozycji cztery satelity wystrzelone na pokładzie dwóch rosyjskich rakiet w lecie 2000 roku. Obecnie w uporządkowanym szyku krążą po orbicie okołoziemskiej dostarczając niezwykle szczegółowych danych. Misja ma potrwać do 2005 roku.

Trwający program archiwizacji danych z Clustera (Cluster Active Archive) stanowi część międzynarodowego programu badawczego International Living with a Star (ILWS), który opiera się na badaniu wpływu Słońca na środowisko planet.

Autor

Łukasz Wiśniewski

Komentarze

  1. bp    

    Atmosfera czy magnetosfera? — Na początku zdania opisującego ilustrację napisane jest “przekrój ziemskiej atmosfery” a wg mnie raczej powinno być magnetosfery.

Komentarze są zablokowane.