Już wcześniej przewidywali teoretycznie taką możliwość, teraz jednak potwierdziły ją dane z satelitów. Jednym z głównych czynników za to odpowiadających jest efekt Kelvina-Helmholtza.

Cząsteczki słonecznej plazmy odpowiadają za zjawisko zorzy polarnej

Nowe badania na temat procesów zachodzących w polu magnetycznym ziemi opublikował “Journal of Geophysical Research”. Analiza oparta na danych z Clustera, czyli zespołu satelitów Europejskiej Agencji Kosmicznej, wykazuje, że o wnikaniu wiatru słonecznego do ziemskiej magnetosfery decyduje znacznie większa liczba różnych czynników, niż wcześniej sądzono.

 

Zestrojenie pól magnetycznych

Ziemskie pole magnetyczne jest pierwszą linią obrony przed bombardowaniem przez wiatr słoneczny. Ten strumień plazmy wyrzucany przez Słońce przemieszcza sie po Układzie Słonecznym i tworzy własne pole magnetyczne – tzw. międzyplanetarne pole magnetyczne (IMF – interplanetary magnetic field).

W zależności od tego, jak międzyplanetarne pole magnetyczne zestroi się z polem magnetycznym Ziemi, w najbliższym otoczeniu naszej planety mogą powstawać różne zjawiska. Jednym z lepiej poznanych procesów jest rekoneksja magnetyczna, w której przeciwnie skierowane linie pola magnetycznego spontanicznie się rozrywają i łączą z innymi pobliskimi liniami pola.

Następuje wtedy przekierowanie ładunku plazmy do magnetosfery, “otwierające drzwi ” dla wiatru słonecznego, który może dotrzeć w głąb magnetosfery. Właśnie ten proces w niektórych okolicznościach generuje spektakularne zorze, zakłócenia systemów GPS i wpływa na naziemne systemy zasilania.

Wielkie wiry przepuszczają wiatr słoneczny

W 2006 r. Cluster dokonał zaskakujących obserwacji. Okazało się, że ogromne, liczące 40 tys. km wiry plazmy formujące się wzdłuż magnetopauzy (granicy magnetosfery) mogą ułatwić wiatrowi słonecznemu dotarcie do Ziemi nawet wtedy, gdy ziemskie pole magnetyczne i IMF są wyrównane. Te wiry znajdowały się w pobliżu obszarów, gdzie oba pola były najlepiej zestrojone, czyli na niskich, równikowych szerokościach geograficznych.

 

Te olbrzymie wiry są napędzane przez tzw. efekt Kelvina-Helmholtza (KH), który występuje w naturze, gdy dwa prądy o różnych prędkościach przepływają obok siebie. Pojawia np. wtedy, gdy pchana wiatrem fala przesuwa się po powierzchni oceanu albo między chmurami w atmosferze.

Analiza danych z Clustera wykazała, że fala KH może pojawić się w większej ilości miejsc w magnetosferze i przy różnych konfiguracjach międzyplanetarnego pola magnetycznego, umożliwiając powstanie mechanizmu ciągłego transportu wiatru słonecznego do Ziemi.

Magnetosfera to nie “idealna bańka”

– Odkryliśmy, że kiedy międzyplanetarne pole magnetyczne jest skierowane na zachód lub na wschód, graniczne warstwy magnetopauzy na wyższych szerokościach geograficznych silniej podlegają niestabilnościom związanym z efektem KH, a są to regiony odległe od miejsc dotychczasowych obserwacji tego procesu – powiedział Kyoung-Joo Hwang z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA, główny autor badań opublikowanych w “Journal of Geophysical Research”. 

Według naukowca jednak przenikanie cząsteczek wiatru słonecznego do ziemskiego pola magnetycznego nie jest niczym nienaturalnym. – W rzeczywistości trudno sobie wyobrazić sytuację, w której plazma wiatru słonecznego nie może wniknąć do magnetosfery, ponieważ nie jest to idealna magnetyczna bańka – wyjaśnia Kyoung-Joo Hwang.

Sito przepuszczające część solarnej plazmy

Te odkrycia wynikające z analizy danych z satelitów potwierdziły wcześniejsze teoretyczne przewidywania i są odtwarzane podczas symulacji przedstawionych przez autorów badania.

– Wiatr słoneczny może wejść w magnetosferę w różnych miejscach i w związku z różnymi warunkami, o których wcześniej nie wiedzieliśmy – powiedział współautor badania Melvyn Goldstein, również z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA. – To sugeruje, że pewne właściwości magnetopauzy sprawiają, iż działa ona jak sito, pozwalają wiatrowi słonecznemu stale przepływać do magnetosfery – dodał.

Satelity ESA pomagają poznać pogodę kosmiczną

Efekt Kelvina-Helmholtza jest obserwowany również w magnetosferach Merkurego i Saturna, a nowe badania wskazują, że również w nich może być odpowiedzialny za mechanizm stałego wnikania wiatru słonecznego.

– Obserwacje Clustera umożliwiły duży postęp w naszym rozumieniu zjawiska wiatru słonecznego i interakcji w magnetosferze, stanowiących rdzeń badań pogody kosmicznej – podkreślił Matt Taylor, naukowiec uczestniczący w projekcie ESA Cluster.

Źródło: esciencenews.com, tm

Polecane: