O superfurtună solară a scos la iveală vulnerabilitatea scutului magnetic al Pământului.
O structură magnetică din jurul Pământului, despre care cercetătorii au crezut multă vreme că împiedică pătrunderea celor mai periculoase particule cosmice, nu oferă protecția absolută presupusă până acum. Măsurătorile efectuate în timpul unei furtuni solare extreme, în mai 2024, au arătat că electronii „ucigași” pot atinge niveluri foarte ridicate de energie chiar în interiorul acestei regiuni. Descoperirea ridică noi semne de întrebare privind siguranța sateliților și a echipajelor aflate în spațiu.
Un satelit japonez a înregistrat, în timpul fenomenului solar din mai 2024, o creștere neașteptată a energiei particulelor din centurile de radiații ale Pământului. Electronii au ajuns la valori de ordinul megaelectronvolților (MeV), deși se aflau în interiorul unei limite considerate până acum extrem de greu de depășit. Potrivit Science Alert, observațiile contrazic astfel ipoteza potrivit căreia această zonă ar funcționa ca o barieră naturală aproape perfectă.
Rezultatele au fost prezentate într-un studiu publicat în revista științifică Geophysical Research Letters. Cercetarea a fost realizată de o echipă condusă de Yoshizumi Miyoshi, fizician specializat în studiul spațiului la Universitatea Nagoya. „Aici arătăm că această barieră poate fi străpunsă în condiții extreme de vreme spațială”.
Centurile de radiații ale Pământului, un mediu mai periculos decât pare
În jurul planetei se află două structuri uriașe, cunoscute sub numele de centurile Van Allen. Acestea au o configurație asemănătoare unor inele și sunt formate din particule încărcate electric, menținute în apropierea Pământului de câmpul său magnetic.
Cele două centuri au caracteristici diferite. În cea exterioară predomină electronii, a căror energie este influențată inclusiv de activitatea solară. Centura interioară conține în principal protoni, generați în urma interacțiunii razelor cosmice cu atmosfera terestră.
Printre cele mai importante amenințări din acest mediu se numără electronii supranumiți „ucigași”. În timpul furtunilor geomagnetice, interacțiunile dintre aceste particule și undele electromagnetice din magnetosferă le pot crește considerabil energia, accelerându-le până la viteze apropiate de cea a luminii.
Consecințele pot fi serioase pentru tehnologia spațială. Particulele pot traversa materialele de protecție ale sateliților, pot afecta circuitele electronice și pot compromite funcționarea echipamentelor. Expunerea la asemenea niveluri de radiații reprezintă, de asemenea, un pericol pentru astronauți.
Cum a apărut teoria barierei considerate imposibil de traversat
Ipoteza existenței unei limite care ține la distanță electronii cu energii extreme a fost formulată în 2014, în urma observațiilor realizate de sondele Van Allen ale NASA. Cercetătorii au identificat atunci o delimitare foarte clară, aflată la aproximativ trei raze terestre de centrul planetei.
Dincolo de această graniță, prezența electronilor cu energii foarte mari era extrem de rară. Fenomenul a determinat comunitatea științifică să vorbească despre o „barieră impenetrabilă”.
Explicația inițială avea la bază existența unei regiuni cu plasmă rece în jurul Pământului. Aceasta ar fi generat unde electromagnetice care modificau traiectoria electronilor capturați de câmpul magnetic, determinându-i să se deplaseze spre atmosferă, unde erau eliminați din centurile de radiații. Împreună cu deplasarea lentă a particulelor spre interior, mecanismul părea să asigure menținerea unei limite stabile.
Ulterior, însă, au apărut observații care au pus sub semnul întrebării această explicație. În 2018, cercetătorii au sugerat că presupusa protecție ar putea fi, în realitate, rezultatul duratei limitate a furtunilor geomagnetice. Acestea împingeau electronii spre interior, dar se încheiau, de regulă, înainte ca particulele să poată traversa o distanță suficient de mare.
Alte indicii au fost identificate în 2024, când oamenii de știință au reevaluat măsurători realizate în perioada 1996-2006. Analiza a arătat că electroni cu energii de ordinul megaelectronvolților puteau exista și în interiorul limitei considerate protejate. În plus, s-a constatat că undele electromagnetice generate de fulgere pot determina electronii „ucigași” deja prezenți în centura interioară să se deplaseze rapid spre atmosfera Pământului.
Furtuna solară din mai 2024 a schimbat condițiile din jurul planetei
Dovezile decisive au fost obținute în timpul evenimentului solar din mai 2024. Mai multe explozii solare și ejecții de masă coronală au trimis cantități uriașe de plasmă magnetizată în spațiu, declanșând o furtună geomagnetică de intensitate G5, cel mai înalt nivel al scalei de clasificare.
Efectele fenomenului au fost atât de puternice încât au putut fi detectate inclusiv în zone aflate la mari adâncimi oceanice.
În jurul Pământului, furtuna a provocat o diminuare considerabilă a cantității de plasmă rece, modificând radical condițiile din magnetosferă. În acest mediu au putut apărea și dezvolta unde electromagnetice de tip „chorus”.
Denumirea lor provine de la sunetul pe care îl produc atunci când semnalele sunt transformate în format audio. „Când este convertită în semnal audio, sună ca și cântecul unei păsări”, a explicat Yoshizumi Miyoshi.
Spre deosebire de mecanismele despre care se știa că pot reduce energia electronilor sau îi pot îndrepta spre atmosferă, aceste unde au avut un efect diferit: au contribuit la accelerarea particulelor până la valori extreme, chiar în interiorul zonei considerate protejate.
Fenomenul a fost urmărit cu ajutorul satelitului japonez Arase, lansat pentru monitorizarea centurilor de radiații în 2017. În faza de diminuare a furtunii geomagnetice, instrumentele aparatului au detectat o creștere spectaculoasă a numărului de electroni ultra-relativiști din interiorul barierei.
La o energie de aproximativ 3 megaelectronvolți, fluxul acestor particule a ajuns la valori de peste 5.000 de ori mai mari decât cele înregistrate înainte de furtună.
Electronii au fost accelerați chiar în interiorul barierei
Succesiunea modificărilor observate de cercetători a fost esențială pentru stabilirea mecanismului. Mai întâi au apărut particule cu niveluri energetice mai reduse. Aproximativ 12 ore mai târziu, au fost detectați electroni cu energii mai mari, iar după circa o zi de la debutul creșterii inițiale, numărul celor care depășeau pragul de 3 megaelectronvolți a crescut brusc.
Cercetătorii au observat și o concentrare evidentă a particulelor în apropierea limitei considerate până acum impenetrabile. Aceste indicii au exclus explicația potrivit căreia electronii ar fi fost transportați pur și simplu din regiunile exterioare ale centurilor Van Allen.
În schimb, datele sugerează că particulele au fost accelerate chiar în interiorul zonei respective, după care s-au răspândit atât spre regiunile mai apropiate de Pământ, cât și către exterior.
Modificările nu au dispărut imediat după încheierea furtunii. Satelitul Arase a continuat să înregistreze o reducere progresivă a concentrației de electroni până în octombrie 2024, când o nouă furtună solară a influențat mediul spațial din apropierea planetei.
Rezultatele arată că protecția oferită de structurile magnetice ale Pământului este mai complexă și mai puțin predictibilă decât se credea. „Această descoperire subliniază necesitatea de a înțelege și de a prezice modul în care se comportă electronii în condiții extreme de vreme spațială”, a concluzionat Miyoshi, adăugând că „cunoașterea acestor procese este importantă pentru evaluarea riscurilor de radiații asupra navelor spațiale și pentru îmbunătățirea prognozelor meteorologice spațiale viitoare”.
