Megfejtették a műholdgyilkos sugárzás titkát

A Föld magnetoszférája folyamatosan fogja be a Napból érkező töltött részecskéket. A különböző energiájú részecskék alkotják a sugárzási zónákat, más néven van Allen-öveket. Ezek közül a külsőben (ami a felszín feletti 12 ezer kilométeres távolságtól 64 ezer kilométerig terjed) esnek csapdába a nagyenergiájú elektronok.

Napviharok alkalmával ezek száma a normál érték tízszeresét is elérheti, egy részük ki is szabadulhat a mágneses csapdából, nagy fenyegetést jelentve a Föld körül keringő űreszközökre. Energiájuk ugyanis elég nagy ahhoz, hogy áthatoljanak a műholdak védőpajzsain és mikroszkopikus elektromos kisüléseket okozzanak. Ha egy ilyen esemény a műhold kulcsfontosságú egységeiben történik, az könnyen az eszköz sérülésével. Ezért is illetik ezeket a nagyenergiájú elektronokat a "gyilkos" jelzővel.

2004. november 7-én a Nap egy nagy plazmafelhőt (Coronal Mass Ejection, koronakitörés) lövellt ki a Föld irányába. A jelenség oka a Nap mágneses terében fellépő instabilitás. A koronát nagy sebességgel elhagyó, és mágneses teret magával ragadó anyag lökéshullámot generál maga előtt. Amikor 2004 novemberében ennek a lökéshullámnak a frontja elérte a SOHO mesterséges holdat, a napszél (a Napból folyamatosan kiáramló részecskék) sebessége hirtelen 500 km/h-ról 700 km/h-ra ugrott.

Nem sokkal ezután a lökéshullám elérte a földi magnetoszférát is. A kettő kölcsönhatásának eredményeként egy 1200 km/s sebességgel haladó újabb lökésfront keletkezett 36 ezer kilométeres magasságban. Az ESA Cluster műholdjain működő RAPID (Research with Adaptive Particle Imaging Detectors) műszerek mérései szerint ugyanekkor a nagyenergiájú elektronok száma is növekedésnek indult a külső sugárzási övben.

A gyilkos elektronok eredetének kérdése az űridőjárással foglalkozó kutatók központi problémája. A Cluster műholdak és más űrmissziók által korábban gyűjtött adatok alapján a szakemberek két folyamatot vázoltak fel, melyek alkalmasak lehetnek ez elektronok felgyorsítására. Az egyik a 3 és 30 kilohertz közötti frekvenciájú VLF (Very Low Frequency) hullámokkal, a másik pedig az ennél is kisebb frekvenciájú ULF (Ultra Low Frequency) hullámokkal kapcsolatos. Úgy tűnik, a Qiugang Zong által vezetett kutatócsoport választ tud adni arra a kérdésre, melyik is felelős az elektronok gyorsításáért. Zong szerint a sugárzási övekben mind a VLF, mind az ULF hullámok képesek erre, de két különböző időskálán, ugyanis az ULF hullámok a sokkal nagyobb amplitúdójuk miatt hamarabb felgyorsítják az elektronokat, mint a VLF hullámok.

Az adatok azt mutatják, hogy egy kétlépcsős folyamat okozza a nagyenergiájú elektronok számának megsokszorozódását. A kezdeti gyorsításért a bolygóközi lökéshullám hatására összenyomódó mágneses tér felelős. Rögtön a lökéshullámmal történt kölcsönhatás után azonban a földi mágneses tér erővonalai extrém kis frekvenciájú rezgésbe kezdenek, ez pedig jó hatásfokkal gyorsítja tovább az első lépcsőben energetizált elektronokat, melyek ennek következtében még magasabb energiaértéket érnek el.

Bár a kutatási eredmények hosszú elemzés után születtek meg, érdemes volt várni rájuk. Most, hogy már ismerjük azt a módot, ahogyan a nagyenergiájú elektronok létrejönnek, a Cluster műholdak adatai alapján lehetőségünk lesz azonosítani azokat az ULF hullámokat a magnetoszférában, melyek képesek a szükséges gyorsításra.

Az elemzés ugyanakkor azt mutatja, hogy sok gondolkodási idő nincs, ugyanis a gyors elektronok indulásuk után 15 percen belül el is érik az atmoszférát. Az eredmény segít a Föld körül keringő műholdakat és az űrben dolgozó asztronautákat körülvevő sugárzási környezet pontosabb előrejelzésében, ami a Nap növekvő aktivitása miatt a következő hónapokban, években különösen fontos lesz.