Επιστήμονες του UCLA ανακάλυψαν μια νέα πηγή υπερταχείας, ενεργειακής βροχής ηλεκτρονίων στη Γη, ένα φαινόμενο που συμβάλλει στο πολύχρωμο Βόρειο Σέλας, αλλά εγκυμονεί επίσης κινδύνους για δορυφόρους, διαστημόπλοια και αστροναύτες.
Οι ερευνητές παρατήρησαν απροσδόκητη, ταχεία "βροχόπτωση ηλεκτρονίων" από χαμηλή γήινη τροχιά χρησιμοποιώντας την αποστολή ELFIN, ένα ζεύγος μικροσκοπικών δορυφόρων που κατασκευάστηκαν και λειτουργούσαν στην πανεπιστημιούπολη του UCLA από προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές με την καθοδήγηση μιας μικρής ομάδας μεντόρων του προσωπικού.
Συνδυάζοντας τα δεδομένα του ELFIN με πιο μακρινές παρατηρήσεις από το διαστημικό σκάφος THEMIS της NASA, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η ξαφνική βροχόπτωση προκλήθηκε από κύματα whistler, ένα είδος ηλεκτρομαγνητικού κύματος που κυματίζει μέσα στο πλάσμα στο διάστημα και επηρεάζει τα ηλεκτρόνια στη μαγνητόσφαιρα της Γης, προκαλώντας τα να "ξεχυθούν" στην ατμόσφαιρα.
Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στις 25 Μαρτίου στο περιοδικό Nature Communications, αποδεικνύουν ότι τα κύματα whistler είναι υπεύθυνα για πολύ περισσότερη βροχή ηλεκτρονίων από ό,τι προβλέπουν οι τρέχουσες θεωρίες και τα μοντέλα διαστημικού καιρού.
"Το ELFIN είναι ο πρώτος δορυφόρος που μετρά αυτά τα υπερταχύτατα ηλεκτρόνια", δήλωσε η Xiaojia Zhang, επικεφαλής συγγραφέας και ερευνήτρια στο τμήμα Γεωεπιστημών, Πλανητικών και Διαστημικών Επιστημών του UCLA. "Η αποστολή αποδίδει νέες γνώσεις λόγω του μοναδικού πλεονεκτικού της σημείου στην αλυσίδα γεγονότων που τα παράγει".
Κεντρικό ρόλο σε αυτή την αλυσίδα γεγονότων παίζει το διαστημικό περιβάλλον κοντά στη Γη, το οποίο είναι γεμάτο με φορτισμένα σωματίδια που περιφέρονται σε γιγαντιαίους δακτυλίους γύρω από τον πλανήτη, τις λεγόμενες ζώνες ακτινοβολίας Van Allen. Τα ηλεκτρόνια σε αυτές τις ζώνες ταξιδεύουν σε σπείρες που μοιάζουν με τις σπείρες Slinky και κυριολεκτικά αναπηδούν μεταξύ του βόρειου και του νότιου πόλου της Γης. Υπό ορισμένες συνθήκες, μέσα στις ζώνες ακτινοβολίας δημιουργούνται κύματα σφυρίχτρας, τα οποία ενεργοποιούν και επιταχύνουν τα ηλεκτρόνια. Αυτό ουσιαστικά επιμηκύνει τόσο πολύ τη διαδρομή των ηλεκτρονίων, ώστε αυτά πέφτουν έξω από τις ζώνες και κατακρημνίζονται στην ατμόσφαιρα, δημιουργώντας την ηλεκτρονική βροχή.
Μπορεί κανείς να φανταστεί τις ζώνες Van Allen ως μια μεγάλη δεξαμενή γεμάτη με νερό - ή, σε αυτή την περίπτωση, με ηλεκτρόνια, δήλωσε ο Βασίλης Αγγελόπουλος, καθηγητής διαστημικής φυσικής του UCLA και κύριος ερευνητής του ELFIN. Καθώς η δεξαμενή γεμίζει, το νερό περιοδικά κατεβαίνει σπειροειδώς σε έναν ανακουφιστικό αγωγό για να μην ξεχειλίσει η λεκάνη. Όταν όμως εμφανίζονται μεγάλα κύματα στη δεξαμενή, το νερό που πλατσουρίζει ξεχειλίζει πάνω από την άκρη, πιο γρήγορα και σε μεγαλύτερο όγκο από την ανακουφιστική αποστράγγιση. Το ELFIN, το οποίο βρίσκεται κατάντη και των δύο ροών, είναι σε θέση να μετρήσει σωστά τις συνεισφορές από κάθε μία.
Οι μετρήσεις της βροχής ηλεκτρονίων σε χαμηλό υψόμετρο από το ELFIN, σε συνδυασμό με τις παρατηρήσεις των κυμάτων whistler στο διάστημα από το THEMIS και την εξελιγμένη μοντελοποίηση σε υπολογιστή, επέτρεψαν στην ομάδα να κατανοήσει λεπτομερώς τη διαδικασία με την οποία τα κύματα προκαλούν ταχείς χείμαρρους ηλεκτρονίων να ρέουν στην ατμόσφαιρα.
Τα ευρήματα είναι ιδιαίτερα σημαντικά επειδή οι τρέχουσες θεωρίες και τα μοντέλα διαστημικού καιρού, ενώ υπολογίζουν άλλες πηγές ηλεκτρονίων που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα, δεν προβλέπουν αυτή την επιπλέον ροή ηλεκτρονίων που προκαλείται από τα κύματα whistler, η οποία μπορεί να επηρεάσει την ατμοσφαιρική χημεία της Γης, να δημιουργήσει κινδύνους για τα διαστημόπλοια και να προκαλέσει ζημιές σε δορυφόρους χαμηλής τροχιάς.
Οι ερευνητές έδειξαν επίσης ότι αυτό το είδος απώλειας ηλεκτρονίων από τη ζώνη ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια γεωμαγνητικών καταιγίδων, διαταραχών που προκαλούνται από την αυξημένη ηλιακή δραστηριότητα και μπορούν να επηρεάσουν το γήινο διάστημα και το μαγνητικό περιβάλλον της Γης.
"Αν και το διάστημα θεωρείται συνήθως ότι είναι ξεχωριστό από την ανώτερη ατμόσφαιρα, τα δύο είναι άρρηκτα συνδεδεμένα", δήλωσε ο Αγγελόπουλος. "Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συνδέονται μπορεί να ωφελήσει τους δορυφόρους και τους αστροναύτες που διέρχονται από την περιοχή, οι οποίοι είναι όλο και πιο σημαντικοί για το εμπόριο, τις τηλεπικοινωνίες και τον διαστημικό τουρισμό".
Από την έναρξή του το 2013, περισσότεροι από 300 φοιτητές του UCLA έχουν εργαστεί στο ELFIN (Electron Losses and Fields investigation), το οποίο χρηματοδοτείται από τη NASA και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. Οι δύο μικροδορυφόροι, ο καθένας από τους οποίους έχει το μέγεθος μιας φρατζόλας ψωμιού και ζυγίζει περίπου 8 κιλά, εκτοξεύτηκαν σε τροχιά το 2018 και έκτοτε παρατηρούν τη δραστηριότητα των ενεργητικών ηλεκτρονίων και βοηθούν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την επίδραση των μαγνητικών καταιγίδων στο γήινο διάστημα. Οι δορυφόροι λειτουργούν από το Κέντρο Επιχειρήσεων Αποστολών του UCLA στην πανεπιστημιούπολη.
Ημ/νία καταχώρησης: 6/4/2022
[GR] Greek
[EN] English