Κύματα στη μαγνητική ουρά της Γης

Πηγή: ESA, 30 Μαρτίου 2006

Όπως πολλοί κομήτες όταν φθάνουν κοντά στον ήλιο, έτσι και η γη έχει μια ουρά σαν κομήτης. Αλλά αντί ενός πίδακα παγωμένων σωματιδίων, είναι το γήινο μαγνητικό πεδίο που παίρνει τη μορφή μιας μακριάς ουράς, που κατευθύνεται μακριά από τον ήλιο. Πέντε διαστημικά σκάφη της ESA - το σμήνος 4 διαστημικών σκαφών και το DoubleStar - πρόσφατα παρατήρησαν πώς αυτό η μαγνητο-ουρά μπορεί να δοκιμάσει μια παράξενη αναταραχή μέσω της αλληλεπίδρασής του με τον ηλιακό άνεμο του ήλιου και τις στεφανιαίες εκτινάξεις μάζας. Πώς και γιατί αυτό το φαινόμενο συμβαίνει είναι ακόμα ένα μυστήριο.

Τα πέντε διαστημικά σκάφη από δύο αποστολές της ESA βρέθηκαν απροσδόκητα μέσα στα κύματα της ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας, καθώς ταξίδευαν μέσω της γήινης σκιάς τη νύχτα στις 5 Αυγούστου 2004.

Τα στοιχεία που συλλέγονται από το διαστημικό σκάφος δίνουν στους επιστήμονες μια σημαντική ένδειξη για τα αποτελέσματα του "διαστημικού καιρού" πάνω στο γήινο μαγνητικό πεδίο.

Λίγο μετά τις 15:34, κάτι έκανε την ουρά του γήινου μαγνητικού πεδίου και της φυσικής ασπίδας μας να ταλαντεύεται. "Ήταν σαν τα κύματα που δημιουργήθηκαν από μια βάρκα που ταξιδεύει σε μια λίμνη", λέει ο Δρ Tielong Zhang της αυστριακής ακαδημίας των επιστημών.

Μόνο που σε αυτήν την περίπτωση, η ταυτότητα της "βάρκας" είναι άγνωστη. Μπορεί να είναι η γρήγορη ροή των σωματιδίων που παρατηρήθηκε συχνά στο κεντρικό μέρος της μαγνητο-ουράς. Οτιδήποτε κι αν ήταν δημιουργήθηκαν κύματα που ταξίδεψαν από το κέντρο της ουράς στις εξωτερικές άκρες του.

Τα 5 διαστημικά σκάφη που πιάστηκαν μέσα σε αυτό το γεγονός ήταν οι τέσσερις μονάδες της αποστολής Cluster της ESA και η πρώτη κοινή αποστολή των CNSA/ESA, που λέγεται Double Star. Το σμήνος πετά σε σχηματισμό περνώντας μέσω της μαγνητο-ουράς της γης σε αποστάσεις μεταξύ 16 και 19 φορές την ακτίνα της γης.

Ένα από το δύο διαστημικά σκάφη του Double Star, το διαστημικό σκάφος TC-1, περιφέρεται σε τροχιά μεταξύ 10 και 13 γήινων ακτίνων. Όλα τα πέντε διαστημικά σκάφη σχεδιάζονται για να συλλέξουν στοιχεία όσον αφορά τη μαγνητική φυσαλίδα που περιβάλλει τον πλανήτη μας, την μαγνητόσφαιρα.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο παράγεται βαθιά μέσα στον πλανήτη και φτάνει μέχρι το διάστημα, όπου αλληλεπιδρά συνεχώς με τον ηλιακό άνεμο, ένα διαρκές ρεύμα ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που απελευθερώνονται από τον ήλιο.

Το ρεύμα αυτό από τον ήλιο τραβά το γήινο μαγνητικό πεδίο κάνοντας μια ουρά, σαν να τεντώνεται πίσω από τον πλανήτη μας για δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα. Τα μπουρίνια και οι θύελλες στον ηλιακό άνεμο είναι γνωστά ως "διαστημικός καιρός" και μπορούν να κάνουν το γήινο μαγνητικό πεδίο να τρέμει σαν το σεισμό.

Στις 5 Αυγούστου 2004, οι δορυφόροι Cluster και Double Star βρέθηκαν στη σωστή θέση και στο σωστό χρόνο. Οι αναγνώσεις των οργάνων έδειξαν ότι οι ταλαντώσεις πραγματοποιήθηκαν ταυτόχρονα σε μια περιοχή σε μήκος πάνω από 30.000 χλμ. Είναι η πρώτη φορά που αποκαλύφθηκε η αληθινή έκταση των ταλαντώσεων.

Οι προηγούμενες μετρήσεις του Cluster, πριν από την εκτόξευση του Double Star, μπορούσαν να αποκαλύψουν μόνο τη κίνηση σε μια περιορισμένη θέση, που περιβαλλόταν από τους τέσσερις δορυφόρους.

Το να κατανοήσουμε τον τρόπο που το γήινο μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με τον ηλιακό άνεμο, είναι στην διαστημική εποχή μας ισοδύναμο με ένα μετεωρολόγο, που βλέπει πως μια σειρά βουνών ενοχλεί τη ροή του αέρος δημιουργώντας τα καιρικά συστήματα.

Στην περίπτωση του διαστημικού καιρού, οι καταιγίδες αποτελούνται από κυμαινόμενα μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία, που μπορούν να βλάψουν τους δορυφόρους και να θέσουν σε κίνδυνο την υγεία των αστροναυτών. Εάν πρόκειται να εκμεταλλευτούμε πλήρως τις δυνατότητες του διαστήματος, πρέπει να καταλάβουμε τα αποτελέσματα του διαστημικού καιρού και να είμαστε σε θέση να τον προβλέψουμε. Κάτι, που οι αποστολές Cluster και Double Star έρχονται να κάνουν.

Ο ταραγμένος διαστημικός καιρός

1. Ο ταραγμένος διαστημικός καιρός δημιουργεί το Σέλας σε περιοχές γύρω από τους μαγνητικούς πόλους της γης και άλλων πλανητών με διπολικά μαγνητικά πεδία.
2. Ο ταραγμένος διαστημικός καιρός επάγει μεταβολές του μαγνητικού πεδίου της Γης που τις ονομάζουμε μαγνητικές καταιγίδες και υποκαταιγίδες της γης. Παρόμοια φαινόμενα συμβαίνουν και στους άλλους πλανήτες.
3. Οι ηλιακές εκρήξεις εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και σε ακτίνες Χ και γάμα. Η ακτινοβολία Χ ιονίζει περισσότερο την ιονόσφαιρα και αλλάζει τις συνθήκες διάδοσης της (ανάκλασης) της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ιονόσφαιρα. Έτσι επηρεάζονται και συχνά μεταβάλλονται δραστικά οι συνθήκες τηλεπικοινωνίας μεγάλων αποστάσεων επειδή αλλάζει την σύσταση και το ύψος της ιονόσφαιρας της Γης που δρα σαν καθρέφτης ανακλώντας τα βραχέα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που σε κανονικές συνθήκες μεταδίδονται πέρα από τον ορίζοντα. Κατά την διάρκεια εντόνων μεταβολών της ιονόσφαιρας, που προκαλούνται από την έντονη εκπομπή σε υπεριώδη ακτινοβολία και ακτίνες Χ που εκπέμπονται κατά τα εκρηκτικά ηλιακά φαινόμενα οι τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων και η ραδιοφωνία στα βραχέα κύματα που βασίζονται στην διάδοση με ανάκλαση στην ιονόσφαιρα διακόπτονται.Ομοίως μεταβάλλονται οι συνθήκες διάδοσης σε διάφορες συχνότητες, όπως: HF, VHF, VLF, LF και MF.
4. Ο διαστημικός καιρός επιδρά δυσμενώς στις λειτουργίες των δορυφόρων και των διαστημοπλοίων και μερικές φορές η σύνδεση με κάποιο διαστημόπλοιο γίνεται δύσκολη ή ακόμη έχουμε απώλεια του διαστημοπλοίου. Υπήρξαν περιπτώσεις που καταστράφηκαν τεχνητοί δορυφόροι της Γης από έντονο διαστημικό καιρό. Η θέρμανση της ατμόσφαιρας από την ακτινοβολία έχει επακόλουθο την διόγκωσή της, ανυψώνεται και αλλάζει την τροχιά των δορυφόρων. Από την ηλιακή δραστηριότητα μειώνεται βαθμιαία το ύψος της τροχιάς διαστημοπλοίων επειδή μετά από ηλιακές εκλάμψεις η γήινη ατμόσφαιρα ανυψώνεται και αλλάζει βαθμιαία την τροχιά του διαστημοπλοίου σε βαθμό που εισέρχεται στη ατμόσφαιρα της Γης και καταστρέφεται. Η χρήσιμη ζωή δορυφόρων που έχουν χαμηλή τροχιά είναι δυνατό να μειωθεί ακόμη και στο μισό.
5. Η λειτουργία των γεωστατικών δορυφόρων επηρεάζεται κατά τις ισημερίες.
6. Η πρωτονική καταιγίδα είναι σωματιδιακή ακτινοβολία (πρωτόνια και βαρύτερα ιόντα μεγάλης σχετικά ενέργειας) επηρεάζουν τα ηλεκτρονικά των διαστημοπλοίων. Τα πολλά και μεγάλης ενέργειας ηλεκτρόνια και πρωτόνια που έρχονται στη Γη ως αποτέλεσμα της εκτόξευσης στεμματικού υλικού από τον Ήλιο καταστρέφουν τα ηλεκτρονικά ορισμένων τεχνητών δορυφόρων, πιθανώς από εκφορτίσεις που δημιουργούνται όταν φορτιστεί υπερβολικά το διαστημόπλοιο. Οι αστροναύτες κινδυνεύουν (ιδίως όταν είναι εκτός διαστημοπλοίου), τα πληρώματα και δευτερευόντως οι επιβάτες των αεροπλάνων υφίστανται εκτεταμένη επικίνδυνη έκθεση σε ακτινοβολία. πληρώματα. Πρέπει να τονισθεί ωστόσο ότι ο επιβάτης αεροπλάνου δεν έχει τίποτε να φοβάται από τον κακό διαστημικό καιρό.
7. Οι διαστημικές συνθήκες σε όλη την ηλιόσφαιρα και ειδικότερα στον χώρο μεταξύ Ηλίου και Γης μεταβάλλουν παροδικά την ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας στη Γη άλλά και σε εκτεταμένη περιοχή της ηλιόσφαιρας. Τα έντονα μαγνητισμένα νέφη που εκτοξεύονται από τον ήλιο κατά τις εκτοξεύσεις στεμματικού υλικού δημιουργούν τα φαινόμενα Forbush στην κοσμική ακτινοβολία.
8. Ο διαστημικός καιρός μεταβάλλει παροδικά την ταχύτητα περιστροφής της Γης και την διάρκεια του ημερονυκτίου.
9. Οι μεταβολές του διαστημικού καιρού οδηγούν σε απότομες μεταβολές του μαγνητικού πεδίου της Γης σε βαθμό που αναπτύσσονται έντονα επαγωγικά ρεύματα σε όλους τους αγωγούς μήκους πολλών χιλιομέτρων (καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος και σωλήνες μεταφοράς πετρελαίου) επάνω στη Γη. Το φαινόμενο αυτό είναι εντονότατο κοντά στους μαγνητικούς πόλους της Γης. Αποτέλεσμα είναι η μεγάλη μεταβολή των ρευμάτων να προκαλέσει τήξη μετασχηματιστών υψηλής τάσης έως και τέλεια διακοπή της διανομής ηλεκτρικού ρεύματος, όπως έγινε σον Καναδά τον Μάρτη 1989.
10. Οι μεταλλικοί αγωγοί πετρελαίου διαβρώνονται από τα επαγωγικά ρεύματα παρά την χρήση διορθωτικών τάσεων που εφαρμόζονται για να αναιρέσουν τα επαγωγικά ρεύματα που οφείλονται στον διαστημικό καιρό.
11. Ο διαστημικός καιρός έχει παροδική επίδραση στη λειτουργία των γεωγραφικών συστημάτων (GPS: geographic positioning system), που χρησιμοποιούμε για να βρίσκουμε τη θέση μας πάνω στη Γη και τα οποία λειτουργούν με χρήση διαστημοπλοίων.
12. Πιστεύεται επίσης ότι η ηλιακή δραστηριότητα επιδρά στον καιρό στη Γη και στο κλίμα της. Πιθανώς αυτό είναι αποτέλεσμα της μεταβολής της λεγόμενης ηλιακής σταθεράς, δηλαδή της ισχύος του Ηλίου κατά ποσοστό 0,2%, που μοιάζει μικρό αν και δεν είναι καθόλου αμελητέο. Η επίδραση της μεταβολής της ηλιακής ακτινοβολίας δεν έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει τον καιρό και το κλίμα στη Γη.
13. Οι γεωμαγνητικές καταιγίδες επηρεάζουν και την υγεία του ανθρώπου. Μελέτες που έκαναν ρώσοι γιατροί και φυσικοί δείχνουν ότι μεταβάλλονται οι ορμόνες του ανθρώπου, ενεργοποιεί θετικά τα νέα και υγιή άτομα, επηρεάζεται το ιξώδες του αίματος. Επηρεάζονται κυρίως ευαίσθητα άτομα, εμφανίζονται πονοκέφαλοι, αυξάνουν στο διπλάσιο ή τριπλάσιο τα εγκεφαλικά και καρδιακά επεισόδια, η αρρυθμία της καρδιάς πολλαπλασιάζεται στο χιλιαπλάσιο. Συνδυασμός υψηλής ατμοσφαιρικής πίεσης και γεωμαγνητικής καταιγίδας αυξάνει τα εγκεφαλικά επεισόδια, ενώ χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση και γεωμαγνητική καταιγίδα οδηγεί σε αύξηση των καρδιακών επεισοδίων. Σε νότιες χώρες, μακριά από τον γεωμαγνητικό ισημερινό, όπως η Ελλάδα, η επίδραση είναι μικρότερη διότι τα μαγνητικά πεδία δεν μεταβάλλονται παρά ανεπαίσθητα.