Το «ρεύμα δακτυλίου» αποκαλύπτεται. Van Allen Probes reveal long-term behavior of Earth's ring current

Νέα ευρήματα για τα παγιδευμένα σωματίδια στη μαγνητόσφαιρα. During periods when there are no geomagnetic storms affecting the area around Earth (left image), high-energy protons (with energy of hundreds of thousands of electronvolts, or keV; shown here in orange) carry a substantial electrical current that encircles the planet, also known as the ring current. During periods when geomagnetic storms affect Earth (right), new low-energy protons (with energy of tens of thousands of electronvolts, or keV; shown here in magenta) enter the near-Earth region, enhancing the pre-existing ring current. Credits: Johns Hopkins APL

Επιστήμονες στις ΗΠΑ, με επικεφαλής μια Ελληνίδα φυσικό, μελέτησαν το λεγόμενο «ρεύμα δακτυλίου» που περιβάλλει τη Γη και ανέτρεψαν τις έως τώρα γνώσεις μας γι' αυτό.

Το ρεύμα

This animated gif shows how particles move through Earth’s radiation belts, the large donuts around Earth. The sphere in the middle shows a cloud of colder material called the plasmasphere. New research shows that the plasmasphere helps keep fast electrons from the radiation belts away from Earth. Credits: NASA/Goddard/Scientific Visualization Studio

Το εν λόγω ηλεκτρικό ρεύμα βρίσκεται σε απόσταση 10.000 έως 60.000 χιλιομέτρων από τη Γη, στις λεγόμενες «ζώνες ακτινοβολίας Βαν Άλεν»,  και αποτελείται από ιόντα που προέρχονται τόσο από τον ηλιακό «άνεμο», όσο και από την ιονόσφαιρα της Γης. Αποτελεί βασικό συστατικό του διαστημικού περιβάλλοντος (ή διαστημικού «καιρού») γύρω από τον πλανήτη μας, το οποίο μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη λειτουργία των δορυφόρων.

Οι γεωφυσικοί πίστευαν έως τώρα ότι το εν λόγω ρεύμα αυξομειώνεται περιοδικά, αλλά τα νέα στοιχεία δείχνουν ότι αυτό συμβαίνει μόνο με μερικά από τα σωματίδιά του, ενώ άλλα παραμένουν σταθερά. Αυτό συμβαίνει, επειδή τα πρωτόνια υψηλής ενέργειας στο ρεύμα δακτυλίου μεταβάλλονται τελείως διαφορετικά από ό,τι τα πρωτόνια χαμηλής ενέργειας στο ίδιο ρεύμα.

Τα ευρήματα

“We study the ring current because, for one thing, it drives a global system of electrical currents both in space and on Earth’s surface, which during intense geomagnetic storms can cause severe damages to our technological systems," said lead author of the study Matina Gkioulidou, a space physicist at the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. “It also modifies the magnetic field in near-Earth space, which in turn controls the motion of the radiation belt particles that surround our planet. That means that understanding the dynamics of the ring current really matters in helping us understand how radiation belts evolve as well.”

Η Ματίνα Γκιουλίδου και οι συνεργάτες της στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Τζον Χόπκινς στο Μέριλαντ, μελέτησαν τις παρατηρήσεις των δορυφόρων Βαν Άλεν της NASA. Οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι το «ρεύμα δακτυλίου» (ring current), ένα ηλεκτρικό ρεύμα που μεταφέρεται από φορτισμένα σωματίδια (ιόντα) παγιδευμένα στη γήινη μαγνητόσφαιρα, και το οποίο περικυκλώνει τον πλανήτη μας, συμπεριφέρεται με πολύ διαφορετικό τρόπο από ό,τι νόμιζαν ως τώρα οι επιστήμονες.

«Μελετάμε το ρεύμα δακτυλίου, επειδή επηρεάζει ένα παγκόσμιο σύστημα ηλεκτρικών ρευμάτων τόσο στο διάστημα, όσο και στην επιφάνεια της Γης, το οποίο στη διάρκεια έντονων γεωμαγνητικών καταιγίδων μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ζημιές στα τεχνολογικά συστήματά μας», δήλωσε η Γκιουλίδου. «Το ρεύμα δακτυλίου τροποποιεί επίσης το μαγνητικό πεδίο στο διάστημα κοντά στη Γη, το οποίο, με τη σειρά του, ελέγχει την κίνηση των σωματιδίων στις ζώνες ακτινοβολίας που περιβάλλουν τον πλανήτη μας», πρόσθεσε.

Οι δορυφόροι

Graphical rendering of the two Van Allen Probes Credit: JHU/APL, NASA

Οι δύο δορυφόροι της NASA (Van Allen Probes), οι οποίοι εκτοξεύθηκαν το 2012, διαθέτουν όργανα που επιτρέπουν για πρώτη φορά στους επιστήμονες να μελετούν σε βάθος τις δύο ζώνες ακτινοβολίας Βαν Άλεν και να παρακολουθούν συνεχώς το ρεύμα δακτυλίου. Οι «δίδυμοι» αυτοί δορυφόροι, που κινούνται σε ύψος περίπου 600 χιλιομέτρων από τη Γη, κατασκευάσθηκαν και μέχρι σήμερα ελέγχονται από το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Τζον Χόπκινς, για λογαριασμό της NASA.

Μετά από ένα έτος συλλογής στοιχείων, οι ερευνητές, με επικεφαλής τη Γκιουλίδου κατανόησαν όπως είπε η ίδια, ότι «υπάρχει ένα σημαντικό και μόνιμο ρεύμα δακτυλίου γύρω από τη Γη, ακόμη και όταν δεν υπάρχουν γεωμαγνητικές καταιγίδες, το οποίο (ρεύμα) μεταφέρεται από πρωτόνια υψηλής ενέργειας. Στη διάρκεια των γεωμαγνητικών καταιγίδων, το ρεύμα δακτυλίου ενισχύεται από νέα πρωτόνια χαμηλής ενέργειας, τα οποία εισέρχονται στην κοντινή στη Γη περιοχή του διαστήματος». Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Geophysical Research Letters».