Η αόρατη Γήινη μαγνητική ουρά

Από σελίδα της NASA 25-Ιανουαρίου-2001

Δεξιά: Στο διαστημικό όχημα της NASA IMAG, ένα ευαίσθητο όργανό στην ακραία υπεριώδη περιοχή συνέλαβε αυτήν την εικόνα από το σχετικά κρύο πλάσμα που περιβάλλει τον πλανήτη μας. Μια "ουρά" σαν γάντζος του πλάσματος, κοντά στην κορυφή-αριστερά, στρέφεται προς τον ήλιο. Ο μικρός, εξασθενημένος κύκλος κοντά το κέντρο της εικόνας επισημαίνει υπεριώδης ακτινοβολία από το βόρειο σέλας (aurora borealis).

Οι πρώτες μεγάλης κλίμακας όψεις της μαγνητόσφαιρας του πλανήτη μας, που συλλαμβάνονται από το διαστημικό σκάφος IMAGE της NASA, αποκαλύπτουν μια περίεργη ουρά πλάσματος που στρέφεται προς τον Ηλιο. Οι εικόνες αυτές επιβεβαιώνουν μια θεωρία περί υπάρξεως αλλά προηγουμένως αόρατης "ουράς" του ηλεκτρισμένου αερίου.

Η ουρά, την οποία τα ρεύματα από τη Γη στρέφουν προς τον Ήλιο, επισημάνθηκαν από το διαστημικό όχημα IMAGE της NASA. Αυτή η εικόνα   δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό SCIENCE. Το IMAGE προσφέρει στους ερευνητές μια πρωτοφανή άποψη του διαφανούς, ηλεκτρισμένου αερίου που παγιδεύεται μέσα στο γήινο μαγνητικό πεδίο, και που παρέχει την πρώτη οπτική, σφαιρική προοπτική των μαγνητικών θυελλών.

Η περιοχή που συνδέεται με το γήινο μαγνητικό πεδίο, και που αποκαλείται μαγνητόσφαιρα, κυριαρχεί στη συμπεριφορά των ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων στο διάστημα κοντά τη Γη και προστατεύει τον πλανήτη μας από τον ηλιακό άνεμο. Τα εκρηκτικά γεγονότα στον Ήλιο μπορούν να φορτίσουν τη μαγνητόσφαιρα με την ενέργεια, γεννώντας μαγνητικές θύελλες που έχουν επιπτώσεις περιστασιακά στους δορυφόρους, τις επικοινωνίες και τα συστήματα ηλεκτροπαραγωγής.

Είναι δύσκολο για οποιοδήποτε διαστημικό σκάφος, ή ακόμα και για ένα μικρό στόλο, να λάβει μια συνεπή, μεγάλης κλίμακας άποψη της δραστηριότητας σε αυτήν την απέραντη περιοχή επειδή η μαγνητόσφαιρα επεκτείνεται ακόμη και πέρα από το φεγγάρι στην νυχτερινή πλευρά της Γης.

"Φανταστείτε να ακολουθήσει και να καταλάβει το σχηματισμό των τυφώνων χωρίς την άποψη από τους καιρικούς δορυφόρους," είπε ο Δρ Thomas Moore, επιστήμονας του προγράμματος IMAGE στο κέντρο διαστημικής πτήσης Goddard της NASA. "Όπως οι πρώτοι μετεωρολόγοι που είχαν έναν μικρό αριθμό μετρητικών σταθμών, έτσι και εμείς είχαμε μια ελλιπή και κατά περιόδους παραπλανητική άποψη της μαγνητόσφαιρας πριν από το IMAGE, επειδή δεν μπορούσαμε να δούμε τη μεγάλη εικόνα."

"Tο IMAGE παρέχει για πρώτη φορά τις σφαιρικές απόψεις των πληθυσμών των γήινων φορτισμένων σωματιδίων σε πολλαπλάσια μήκη κύματος και ενέργειες σε μια χρονική κλίμακα λεπτών, που είναι επαρκές για να ανιχνεύσουμε τη δυναμική της μαγνητόσφαιρας," είπε ο Dr. James Burch, τον κύριο υπεύθυνο του IMAGE και κύριος συντάκτης του paper στο Science.

Ανωτέρω: Ο   ηλιακός άνεμος διαστρεβλώνει το γήινο μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε φαίνεται  σαν ένα δάκρυ ή έναν ανεμοδείκτη αεροδρομίων.

Η μαγνητόσφαιρα της Γης παγιδεύει ηλεκτρισμένο αέριο, που αποκαλείται πλάσμα. Οι νέες εικόνες του IMAGE παρουσιάζουν μια δομή σαν ουρά στο νέφος του πλάσματος της Γης, που διαμορφώνεται όπως τα αέρια ρεύματα με κατεύθυνση προς τον Ήλιο. Η δομή αυτή προβλέφθηκε 30 έτη πριν, αλλά τα προηγούμενα διαστημικά σκάφη ήταν ανίκανα να επιβεβαιώσουν την ύπαρξή του.

Η δομή ουράς θεωρείται πως είναι μια στρεφόμενη ροή του πλάσματος που εμφανίζεται όταν κτυπά ο ηλιακός άνεμος τη μαγνητόσφαιρα και διαστρεβλώνει τη μορφή της. Παραδείγματος χάριν, μια πίπτουσα σταγόνα βροχής είναι κατά προσέγγιση σφαιρική. Καθώς πέφτει και κερδίζει σε ταχύτητα, η αντίσταση του αέρα αναγκάζει το σταγονίδιο να μεταμορφωθεί καθώς το νερό που σύρεται από το κατώτατο σημείο (κεφάλι) στην κορυφή (ουρά).

Ο ηλιακός αέρας διαστρεβλώνει τη γήινη μαγνητόσφαιρα με παρόμοιο τρόπο, συμπιέζοντας αυτό από την πλευρά της Γης που είναι ημέρα, όπως το κεφάλι μιας σταγόνας βροχής. Η περιοχή τεντώνεται από την πλευρά της νύχτας, όπως η ουρά της σταγόνας της βροχής, διαμορφώνοντας έτσι μια μορφή σαν δάκρυα.

Δεξιά: Το όργανο του IMAGE (HENA) συνέλαβε αυτήν την ψεύδο-χρωματική εικόνα των ουδέτερων ατόμων που αναφλέγονταιι μέσα στο καυτό  πλάσμα που περιβάλλει τη Γη. Το πορτοκαλο-λευκό δείχνει το πυκνότερο πλάσμα, ενώ το κόκκινο επισημαίνει το πιό λιγώτερο πυκνό. Το καυτό πλάσμα σε αυτήν την εικόνα είναι το πυκνότερο από την πλευρά της γήινης ημέρας, η οποία ήταν απροσδόκητη.

Το πλάσμα κοντά τα όρια της μαγνητόσφαιρας σύρεται μέ τον ηλιακό άνεμο, αλλά τότε στρέφεται ολόγυρα και αναγκάζεται να επιστρέψει προς τον ήλιο. Αν και η ουρά πλάσματος προς την κατεύθυνση του Ηλιου αναμενόταν, το IMAGE αποκάλυψε μερικές εκπλήξεις επίσης. Παραδείγματος χάριν, το διαστημικό σκάφος ανακάλυψε περιοχές στο νέφος του γήινου πλάσματος που είναι σχεδόν κενές από πλάσμα. Η ομάδα IMAGE καλεί αυτές τις απροσδόκητες δομές "γούρνες-troughs" και προσπαθεί να ανακαλύψει πώς διαμορφώθηκαν

Το IMAGE, που προωθήθηκε στις 25 Μαρτίου του 2000, αποκάλυψε επίσης κάποια εκπληκτική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια των μαγνητικών θυελλών, οι οποίες εμφανίζονται όταν ο ηλιακός άνεμος κτυπά τη γήινη μαγνητόσφαιρα. Η νυχτερινή περιοχή της μαγνητόσφαιρας, που στρέφεται προς τα έξω από τον ηλιακό άνεμο, σπάζει απότομα μερικές φορές και σπρώχνει το πλάσμα βίαια προς τη Γη. Το πλάσμα θερμαίνεται τότε σε αρκετά εκατομμύρια βαθμούς και περιστρέφεται γύρω από τη Γη με ένταση πολλών εκατομμυρίων Αmp. Το IMAGE ανακάλυψε ότι τέτοιο πλάσμα είναι περιστασιακά το πυκνότερο από την πλευρά της γήινης ημέρας, η οποία ήταν απροσδόκητη. Οι ερευνητές μελετούν αυτήν την περίοδο το φαινόμενο.

Γεωμαγνητική θύελλα

Με τον αστρονομικό όρο "γεωμαγνητική θύελλα" ορίζονται χρονικά διαστήματα κατά τα οποία διαρκή, διαπλανητικά ηλεκτρικά πεδία σε συνδυασμό με ενεργοποιήσεις του συστήματος μαγνητόσφαιρας - ιονόσφαιρας μπορούν να δημιουργήσουν ενισχυμένα ρεύματα δακτυλίου (είδος ρεύματος που εμφανίζεται στη γήινη μαγνητόσφαιρα). ΒασΙκό ρόλο στην ενεργοποίηση μιας αιφνίδιας γεωμαγνητικής θύελλας παίζει το μέγεθος της ταχύτητας του ηλιακού ανέμου.

Κατά τις γεωμαγνητικές θύελλες οι μορφές του πολικού σέλαος μεγενθύνονται και εξαπλώνονται δραματικά προς μικρότερα γεωγραφικά πλάτη, ιδιαίτερα στην πλευρά της Γης όπου επικρατεί νύκτα. Το σέλας γίνεται τότε ορατό και σε χώρες κοντα στον Ισημερινό, αντί μόνο σε εκείνες που βρίσκονται κοντά στους πόλους.

Σύμφωνα με τα καταγραφόμενα ίχνη κατά τη διάρκεια μιας γεωμαγνητικής θύελλας, αυτή υποδιαιρείται σε τρεις σαφώς διακεκριμένες φάσεις. Στην αρχική φάση, διάρκειας μερικών λεπτών ή ωρών, στην κυρίως φάση, διάρκειας από μισή έως αρκετές ώρες. Το φαινόμενο συνοδεύεται από συρρίνωση της πλασμόπαυσης (όριο της ζώνης πλάσματος που περιβάλλει τη Γη), ενώ η ενίσχυση των συζευγμένων ηλεκτρικών πεδίων που εμφανίζονται έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία πλατιάς ιονοσφαιρικής αύλακας στην πλευρά της Γης όπου επικρατεί νύκτα και σε μέσα γεωγραφικά πλάτη. Τέλος, κατά τη φάση αποκατάστασης, διάρκειας δεκάδων ωρών ως και εβδομάδων, η τιμή των ρευμάτων δακτυλίου επιστρέφει στα φυσιολογικά όρια, αφού το ηλεκτρικό φορτίο των ιόντων που τα δημιουργούν τελικά εξουδετερώνεται, λόγω φαινόμενων σύζευξης και ανταλλαγής φορτίου, μάζας και ενέργειας των ρευμάτων δακτυλίου είτε με το ψυχρό, ιονοσφαιρικό πλάσμα είτε με ψυχρό, ουδέτερο υδρογόνο.

Η συνολικότερη γεωμαγνητική δραστηριότητα εμφανίζει μεγάλη εποχιακή μεταβλητότητα με μέγιστα κατά τις ισημερίες. Επίσης, η εμφάνιση έντονων γεωμαγνητικών θυελλών είναι συζευγμένη και με τον ενδεκαετή ηλιακό κύκλο, αφού η κορύφωση του κύκλου συνοδεύεται από έξαρση θυελλών πριν και κατά τη διάρκειά της, ενώ μια ακόμη έξαρση εμφανίζεται και δύο ή τρία έτη μετά την κορύφωση του ηλιακού κύκλου.

Οι επιπτώσεις των γεωμαγνητικών θυελλών στην επίγεια και διαστημική ανθρώπινη δραστηριότητα είναι σημαντικότατες: οδεύοντα κύματα στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργούν προβλήματα στην τροφοδοσία ή ακόμα και bΙack-οut, οπότε και ζημίες δις δρχ., στατικό ηλεκτρικό θόρυβο και διακοπές στη μετάδοοη ραδιοτηλεοπτικών και τηλεπικοινωνιακών σημάτων, παρεμβολές στις επικοινωνίες των στρατιωτικών και επιστημονικών διαστημικών συσκευών, μη αξιόπιστη λειτουργία των αυτόματων συστημάτων πλοήγησης και προσανατολισμού, όπως το GPS, και μεταβολές στη σύσταση του στρώματος όζοντος της ατμόσφαιρας, με αποτέλεσμα την αύξηση της απορροφητικότητάς της στη ζώνη της επιβλαβούς υπεριώδους ακτινοβολίας που εκπέμπει ο 'Ηλιος. Ολα τα παραπάνω έχουν επιβάλλει την κατανάλωση σημαντικού τμήματος του χρόνου σχεδιασμού τόσο ενός διαστημικού προγράμματος, όσο και επίγειων έργων και εφαρμογών για την πρόβλεψη και προστασία από τις μεταβολές του "διαστημικού καιρού", όρο που προκύπτει κατ' αναλογία με τον επίγειο καιρό, και περιλαμβάνει την εξέλιξη των "μετεωρολογικών" φαινομένων, όπως οι γεωμαγνητικές θύελλες, στο χώρο του εγγύς διαστήματος.