Furtuna solară din 2024 a generat electroni ultrarelativisti în interiorul „barierei impenetrabile” a Pământului
În mai 2024, o activitate solară intensă a declanșat o superfurtună geomagnetică care a produs aurore boreale vizibile în Hokkaido și în locuri situate la sud de prefectura Hyogo. În timpul și după această furtună, sonda spațială japoneză Arase, operată de JAXA, a colectat date din interiorul unei regiuni considerate anterior o „barieră impenetrabilă” pentru electronii foarte energetici. Sonda a înregistrat un flux mare de electroni de înaltă energie care se deplasau aproape de viteza luminii, unii depășind trei megaelectronvolți – suficient pentru a străbate anumite scuturi ale sateliților.
Câmpul magnetic al Pământului captează particule încărcate energetice, protoni și electroni, în două centuri în formă de gogoașă numite centurile de radiații Van Allen. La marginea interioară a celei de-a doua centuri, la aproximativ trei raze terestre de centrul Pământului, electronii cu energii extrem de mari par să se lovească de un zid invizibil, descoperit în 2014, a cărui origine nu este pe deplin înțeleasă. Printre posibilele explicații se numără fenomenul cunoscut drept „plasmaspheric hiss” – unde radio de joasă frecvență din magnetosfera terestră – și transmisiile radio de foarte joasă frecvență folosite pentru comunicarea cu submarinele.
Indicii privind accelerarea locală
Cercetătorii conduși de Yoshizumi Miyoshi, profesor la Institutul de Cercetare pentru Spațiu-Pământ și Mediu (ISEE) de la Universitatea Nagoya și autor principal al studiului, au analizat densitatea în spațiul fazelor a electronilor, o mărime care descrie modul în care aceștia sunt distribuiți în funcție de energii și mișcare. Folosind măsurători din mai multe orbite ale sondei Arase, ei au examinat variația acestei densități cu distanța față de Pământ, ținând cont de schimbările în mișcarea electronilor. Analiza a relevat un vârf local distinct în apropierea graniței obișnuite a barierei, care a devenit mai puternic în timp. Un astfel de vârf în creștere indică faptul că electronii au câștigat energie local, nu au fost doar transportați spre interior din centura exterioară de radiații.
Sonda Arase a detectat de asemenea unde electromagnetică intense care își măreau frecvența în mod repetat. Aceste unde „chorus”, descrise ca sunând precum cântecul păsărilor atunci când sunt convertite în audio, sunt unde electromagnetică naturale de joasă frecvență care se propagă prin câmpul magnetic al Pământului. Ele pot transfera energie electronilor atunci când oscilațiile lor se potrivesc cu mișcarea spiralată a electronilor în jurul liniilor de câmp magnetic.
Plasma epuizată a favorizat accelerarea
Efectul undelor a fost deosebit de pronunțat în mai 2024, deoarece furtuna a erodat dramatic plasmasfera terestră, o regiune plină cu particule încărcate relativ reci. Granița sa exterioară s-a retras neobișnuit de aproape de Pământ, lăsând regiunea din jurul barierei mult mai puțin dens populată cu plasmă. Astfel, electronii mai fierbinți au putut pătrunde mai adânc și au generat unde chorus. În plus, densitatea scăzută de plasmă nu s-a refăcut rapid.
„În mod tipic, plasmasfera se reface într-un interval de aproximativ două zile”, a declarat Miyoshi. „În timpul superfurtunii din mai 2024, însă, a fost nevoie de aproximativ 4,3 până la 4,7 zile pentru ca densitatea plasmei să revină la mai mult de jumătate din nivelul anterior furtunii în regiunea observată.” Această refacere neobișnuit de lentă a permis ca densitatea scăzută de plasmă să persiste mai multe zile, creând condiții favorabile pentru activitatea undelor chorus și pentru accelerarea continuă a electronilor energetici în interiorul barierei considerate anterior impenetrabile.
Riscuri de radiații în regiuni considerate protejate
Rezultatele, publicate în revista Geophysical Research Letters, demonstrează că chiar și regiuni ale spațiului apropiat Pământului considerate anterior relativ protejate de electronii extrem de energetici pot înregistra creșteri substanțiale ale radiațiilor în timpul evenimentelor severe de vreme spațială. „Această descoperire subliniază necesitatea de a înțelege și de a prezice comportamentul electronilor energetici în condiții extreme de vreme spațială”, a spus Miyoshi. „O astfel de cunoaștere este importantă pentru evaluarea riscurilor de radiații pentru navele spațiale și pentru îmbunătățirea predicțiilor viitoare privind vremea spațială.”
Constatările oferă totodată perspective noi asupra modului în care magnetosfera terestră răspunde la activitatea solară extremă, subliniind importanța observării continue a mediului spațial din apropierea Pământului.
