Oops! It appears that you have disabled your Javascript. In order for you to see this page as it is meant to appear, we ask that you please re-enable your Javascript!
Αστροφυσική, Διάστημα

60 χρόνια από την ονομασία μαγνητόσφαιρα του προστατευτικού κελύφους της Γης

Written by physics4u

Το 1959, ο Αυστριακός αστροφυσικός Tomas Gold (1920-1974) καθηγητής τότε στο Πανεπιστήμιο Cornell, επέκτεινε την πρόβλεψη που είχε κάνει για ένα ωστικό κύμα στη γειτονιά της Γης, με το επιχείρημα ότι οι ηλιακές εκλάμψεις εκτινάσσουν υλικό σε μαγνητικά νέφη οπότε παράγεται ένα μέτωπο κύματος κλονισμού, που έχει σαν αποτέλεσμα γεωμαγνητικές καταιγίδες.

Share

Το 1959, ο Αυστριακός αστροφυσικός Tomas Gold (1920-1974) καθηγητής τότε στο Πανεπιστήμιο Cornell, επέκτεινε την πρόβλεψη που είχε κάνει για ένα ωστικό κύμα στη γειτονιά της Γης, με το επιχείρημα ότι οι ηλιακές εκλάμψεις εκτινάσσουν υλικό σε μαγνητικά νέφη οπότε παράγεται ένα μέτωπο κύματος κλονισμού, που έχει σαν αποτέλεσμα γεωμαγνητικές καταιγίδες.

Ο ίδιος δε επινόησε τον όρο μαγνητόσφαιρα σε μια εργασία του με τίτλο «Προτάσεις για τη μαγνητόσφαιρα της Γης», στο περιοδικό Journal of Geophysical Research, όπου εκεί περιέγραφε την περιοχή πάνω από την ιονόσφαιρα και στην οποία το μαγνητικό πεδίο της Γης έχει ένα κυρίαρχο έλεγχο πάνω στην κίνηση των αερίων των ταχύτατα κινούμενων φορτισμένων σωματιδίων και ότι αυτή η περιοχή εκτείνεται σε μια απόσταση της τάξεως των 10 γήινων ακτίνων πάνω από τη Γη. Η ανακάλυψη της μαγνητόσφαιρας είχε γίνει ένα χρόνο πριν, το 1958, από τον δορυφόρο Explorer 1.

Μάλιστα λίγο αργότερα, το 1960, ο Tomas Gold μαζί με τον παλιό του συνεργάτη Fred Hoyle απέδειξε ότι η μαγνητική ενέργεια τροφοδοτεί τις ηλιακές εκλάμψεις και ότι οι εκλάμψεις προκαλούνται στον ήλιο, όταν αντίθετοι μαγνητικοί βρόχοι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους οπότε απελευθερώνουν την ενέργεια που αποθηκεύεται μέσα τους.

Η εποχή εκείνη (1959) ήταν μια πολύ ενεργή περίοδος για την διαστημική επιστήμη. Δεν είχαν περάσει ούτε δύο χρόνια από την εκτόξευση του Σπούτνικ, του πρώτου τεχνητού δορυφόρου, από τη Σοβιετική Ένωση, ενάμισης χρόνος από την ανακάλυψη των ζωνών ακτινοβολίας Van Allen από τον Αμερικανό James Van Allen και μόλις ένας χρόνος από την πειραματική επιβεβαίωση της παγίδευσης φορτισμένων σωματιδίων από το μαγνητικό πεδίο της Γης, που ήταν το πρώτο ανθρώπινο πείραμα στο Διάστημα.

O Tomas Gold βάφτιζε μια περιοχή που μόλις είχε αρχίσει να εξερευνάται αλλά  στην ουσία εγκαινίαζε και ένα νέο επιστημονικό κλάδο: αυτό της μαγνητοσφαιρικής φυσικής.

H μαγνητόσφαιρα της Γης είναι μια περιοχή του διαστημικού περιβάλλοντος του πλανήτη μας στην οποία κυριαρχεί το μαγνητικό πεδίο της Γης. Υπάρχει λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ του γήινου μαγνητικού πεδίου και του ηλιακού ανέμου, ένα πλάσμα πρωτονίων και ηλεκτρονίων που κινείται πολύ γρήγορα και τα οποία έφυγαν από την επιφάνεια του ήλιου. Το σχήμα της μαγνητόσφαιρας, είναι περισσότερο ελλειψοειδές παρά. σφαιρικό, καθορίζεται από το γεωμαγνητικό πεδίο, το πλάσμα ή την πλήρως ιονισμένη ύλη του ηλιακού ανέμου και το διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο, δηλαδή είναι το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου που εκτείνεται σε ολόκληρο το Ηλιακό Σύστημα, με ένταση που πέφτει όσο απομακρυνόμαστε από τον Ήλιο.

Ο ηλιακός άνεμος ρέει από αριστερά προς τα δεξιά . Στην εικόνα φαίνονται και τα 4 διαστημόπλοια που βρίσκονται στα ακραία σημεία του ηλιακού συστήματος (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση)

Μέσα στη μαγνητόσφαιρα έχουμε ανακαλύψει ένα μίγμα ελεύθερων ιόντων και ηλεκτρονίων που προέρχονται από τον ηλιακό άνεμο και την ιονόσφαιρα της Γης (το ανώτατο τμήμα της γήινης ατμόσφαιρας). Οι φυσικές ιδιότητες της ύλης στη μαγνητόσφαιρα καθορίζονται από μαγνητικές και ηλεκτρικές δυνάμεις – αντίθετα απ* ό,τι συμβαίνει στην επιφάνεια και την ατμόσφαιρα της Γης, όπου η ύλη εξουσιάζεται από τη βαρύτητα και τις συγκρούσεις.

Το πόσο απροστάτευτοι θα ήμασταν χωρίς τη μαγνητόσφαιρα της Γης απέναντι στα νέφη καυτής ηλιακής μάζας, φαίνεται αν σκεφτούμε ότι η Γη κυριολεκτικά είναι ένας κόκκος άμμου μπροστά στον Ήλιο.

Παρά το όνομα της, η μαγνητόσφαιρα δεν έχει σφαιρικό σχήμα. Στην προσήλια πλευρά, δηλαδή προς τον Ήλιο, η απόσταση από το κέντρο της Γης ως το όριο της μαγνητόσφαιρας είναι περίπου 100 χιλιάδες χιλιόμετρα (περίπου 15 ακτίνες Γης, αφού η ακτίνα της Γης είναι 6.371 χιλιόμετρα), ενώ στην αφήλια πλευρά εκτείνεται πέρα από τις 200 ακτίνες Γης, δηλαδή σε αποστάσεις μεγαλύτερες του ενός εκατομμυρίου χιλιομέτρων.

Σε αυτή την απόσταση, η πίεση των σωματιδίων που διαφεύγουν από την ατμόσφαιρα της Γης είναι ίση με την πίεση του ηλιακού ανέμου. Ένα επίπεδο ισορροπίας με πάχος περίπου 100 χλμ. στην περιοχή αυτή που είναι γνωστό ως μαγνητόπαυση. Η μαγνητόπαυση περιβάλλει πλήρως τη μαγνητόσφαιρα σαν ένα λεπτό περίβλημα και προς τον Ήλιο θυμίζει μύτη βλήματος, ενώ στην αφήλια πλευρά της  μαγνητόσφαιρας θυμίζει επιφάνεια κυλίνδρου με διάμετρο περίπου 50 ακτίνες Γης.

Εμπρός από τη μαγνητόπαυση προς την κατεύθυνση του ήλιου είναι το κυλινδρικό περίβλημα (magnetosheath), μια περιοχή στην οποία το γήινο μαγνητικό πεδίο είναι πολύ ταραγμένο.

Η εσωτερική δομή της μαγνητόπαυσης είναι εξαιρετικά περίπλοκη. Ο λόγος για αυτή την πολυπλοκότητα είναι ότι τρεις διαφορετικοί παράγοντες – ο ηλιακός άνεμος, το μαγνητικό πεδίο της Γης, και το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου – συνεχώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί την ανάπτυξη ορισμένων ξεχωριστών περιοχών εντός της μαγνητόσφαιρας. Για παράδειγμα, η νυκτερινή πλευρά της μαγνητόσφαιρας (αντίθετα από την πλευρά του Ήλιου)  φαίνεται να υποδιαιρείται σε δύο περιοχές χωριζόμενες από ένα λεπτό στρώμα πλάσματος, που ονομάζεται φύλλο πλάσματος.

Στο εσωτερικό της μαγνητόσφαιρας έχουν παρατηρηθεί διάφορα φυσικά φαινόμενα που αφορούν τον πληθυσμό της (ιόντα και ηλεκτρόνια), με κυριότερα την επιτάχυνση των σωματιδίων (δηλαδή την αύξηση της ταχύτητας και, κατά συνέπεια, της ενέργειας τους) και τη μεταφορά τους από τη μια «γειτονιά» στην άλλη. Τα φαινόμενα αυτά, που συλλογικά τα ονομάζουμε διαστημικό καιρό, οφείλονται κυρίως στις διαταραχές του μαγνητικού πεδίου, που με τη σειρά τους οφείλονται σε βίαια ξεσπάσματα του Ήλιου.

Τέλος είναι γνωστά ορισμένα αστρονομικά φαινόμενα που σχετίζονται με την μαγνητόσφαιρα. Για παράδειγμα, τα σωματίδια που διεγείρονται από την αλληλεπίδραση μεταξύ του ηλιακού ανέμου και της μαγνητόσφαιρας μπορεί τελικά να συγκρουστούν με ιόντα στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Όταν αυτά τα ιονισμένα σωματίδια επιστρέφουν στην κανονική κατάσταση τους, εκπέμπουν φωτόνια που μπορούν να εμφανιστούν με τη μορφή του σέλαος (Aurora Borealis και Aurora australis).

Στα 50 χρόνια που μεσολάβησαν από την ονομασία της μαγνητόσφαιράς μας, η ανθρωπότητα επιδόθηκε σε ένα εξερευνητικό ράλι αποστολής διαστημοπλοίων και οργάνων μετρήσεων σε διάφορα σημεία του Διαστήματος, τα οποία ανακάλυψαν πως και άλλοι πλανήτες διαθέτουν μαγνητόσφαιρα, με εντυπωσιακότερες περιπτώσεις τους γίγαντες πλανήτες Δία και Κρόνο αλλά και τον Ερμή.

Ο Tomas Gold ξεχώρισε για την ουσιαστική του συνεισφορά σε εντελώς διαφορετικά επιστημονικά πεδία (βιοφυσική, αστρονομία, αεροδιαστημική, γεωφυσική). Ενδεικτικά αναφέρουμε την πρόβλεψη του για την ύπαρξη ενός κρουστικού κύματος ως διεπιφάνεια μεταξύ της μαγνητόσφαιρας και ηλιακού ανέμου, την εκτόξευση μάζας εν είδει μαγνητικών νεφών από τον Ήλιο, και την ερμηνεία του για την ανίχνευση σημάτων από πάλσαρ, που έγινε από την Jocelyn Burnell και τον Antony Hewish, ως ακτινοβολία αστέρα νετρονίων.

Μάλιστα, η θεωρία του για τα πάλσαρ συνάντησε τόση αντίδραση που δεν έγινε δεκτός για να την παρουσιάσει στο πρώτο διεθνές συνέδριο για πάλσαρ.

Τέλος, αξίζει να αναφερθεί ότι ο Gold προσέλαβε τον – μετέπειτα διάσημο αστροφυσικό – Carl Sagan στο Κορνέλ όταν του αρνήθηκαν τη μονιμότητα στο Χάρβαρντ.

Πηγές: Wikipedia, Γεωτρόπιο.

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share