Μαύρες Τρύπες στη Μαγνητόσφαιρα της Γης

May 23, 2018

Πρωτογενής πηγή: Scientists find hole in Earth’s magnetic field (Associated Press Archive – December 17, 2008)

Μαγνητόσφαιρα της Γης, λέγεται η προστατευτική περιοχή του χώρου γύρω από τη Γη, μέσα στην οποία επιδρά το μαγνητικό πεδίο της Γης. Εκτείνεται πάνω από την ιονόσφαιρα και μέχρι απόσταση 11 γήινων ακτίνων προς τη μεριά του ήλιου, ενώ προς την αντίθετη πλευρά φτάνει σε απόσταση αρκετών εκατοντάδων ακτίνων Γης. Αυτή η προέκταση του μαγνητικού πεδίου προς τη σκοτεινή πλευρά της Γης λέγεται μαγνητοουρά. Η μορφή που έχει η μαγνητόσφαιρα δημιουργείται από την πίεση του ηλιακού ανέμου που φυσάει στο μεσοπλανητικό διάστημα. Το γεωμαγνητικό πεδίο θα είχε διπολική μορφή, αν δεν υπήρχε ο ηλιακός άνεμος. Το όριό της λέγεται πλασμόπαυση. Η μαγνητόπαυση περιβάλλεται από μια περιοχή ταραγμένου πλάσματος που λέγεται μαγνητοφλοιός.

Η μαγνητόσφαιρα δημιουργείται μέσα από ηλεκτρικά ρεύματα που ρέουν στο χώρο και δεν έχει καμία σχέση με σιδηρομαγνητικά υλικά. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την μαγνητόσφαιρα επικεντρώνεται στους πόλους και η συνακόλουθη πλημμύρα των ηλιακών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, προκαλεί το σέλας στο βόρειο και νότιο πόλο.

Η μαγνητόσφαιρα εξυπηρετεί μια σημαντική λειτουργία στην θωράκιση μας από ορισμένα από τα σωματίδια ενέργειας που δημιουργούνται από κοσμικά κύματα. Αυτή διαφέρει ανάλογα με το μέγεθος του σώματος και του μαγνητισμού που δημιουργεί. Η μαγνητόσφαιρα της Γης εκτείνεται έξω για περίπου 63.731 χιλιόμετρα.

Οι μαγνητόσφαιρες μελετήθηκαν με τεχνητούς δορυφόρους που μετρούν το μαγνητικό πεδίο ως συνάρτηση του χώρου και του χρόνου. Η πιο πρόσφατη αποστολή, Themis έφερε σημαντικά νέα στοιχεία. Επικεφαλής της αποστολής αυτής, ήταν ο διαστημικός φυσικόςΒασίλης Αγγελόπουλος (ελληνικής καταγωγής), ο οποίος πρότεινε την τοποθέτηση πέντε όμοιων δορυφόρων σε διαφορετικές τροχιές γύρω από τη Γη, έτσι ώστε να «ευθυγραμμίζονται», σε διάφορες αποστάσεις από τη Γη ο καθένας, μία φορά κάθε τέσσερις ημέρες. Αν τη στιγμή της ευθυγράμμισης τύχαινε να συμβεί μια μαγνητική υποκαταιγίδα, οι δορυφόροι θα ήταν στην ιδανική θέση για να μετρήσουν όλες τις ποσότητες που υπεισέρχονται στην εξέλιξη του φαινομένου. Τις μετρήσεις των δορυφόρων θα συμπλήρωνε μια σειρά από επίγειους σταθμούς παρατήρησης, τοποθετημένους στρατηγικά στην Αλάσκα και στον Καναδά.

Τελικά στις 26 Φεβρουαρίου 2008, οπότε ξέσπασε μια υποκαταιγίδα ακριβώς τη στιγμή της ευθυγράμμισης, έγινε η διαδοχική καταγραφή των στοιχείων από τους δορυφόρους και τους επίγειους σταθμούς παρατήρησης. Αποκαλύφθηκε έτσι ο μηχανισμός δημιουργίας μιας υποκαταιγίδας. Πρώτα παρατηρήθηκε από τους δορυφόρους μια ανασύνδεση των μαγνητικών γραμμών. Ενάμισι λεπτό αργότερα οι επίγειοι σταθμοί παρατήρησαν την ενίσχυση του Βορείου Σέλαος και άλλο ενάμισι λεπτό αργότερα οι δορυφόροι παρατήρησαν μεταβολή του μαγνητικού πεδίου της Γης. Η αλληλουχία αυτή των γεγονότων έδειξε, πέρα από κάθε αμφισβήτηση, ότι η ανασύνδεση είναι το αίτιο και η υποκαταιγίδα το αποτέλεσμα. Η ανακάλυψη αυτή θεωρήθηκε τόσο σημαντική ώστε αποτέλεσε και το θέμα του εξωφύλλου του περιοδικού «Science» στο φύλλο της 15ης Αυγούστου 2008, στο οποίο δημοσιεύονται και τα αποτελέσματα της ομάδας του Αγγελόπουλου.

Αυτό που καθιστά διακριτά τα δύο διαφορετικά σέλη είναι οι διαφορετικές συμπεριφορές των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων καθώς εισέρχονται στην ατμόσφαιρα. Τα πρωτόνια γρήγορα εξουδετερώνονται γιατί ενώνονται με τα ηλεκτρόνια, και μόλις συμβεί αυτό ‘αγνοούν’ τις μαγνητικές γραμμές και κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα ηλεκτρόνια, εντούτοις, παραμένουν ελεύθερα και κινούνται κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών. Τα ηλεκτρόνια δηλαδή κινούνται σπειροειδώς στενά γύρω από τις μαγνητικές γραμμές.

Στην πράξη το βόρειο σέλας είναι η ορατή απόδειξη των διαταραχών στο μαγνητικό πεδίο της Γης. Ο Ήλιος στέλνει αδιαλείπτως ενέργεια στη Γη, μέρος της οποίας αποθηκεύεται από το μαγνητικό πεδίο της, σε υψόμετρο 10 χιλιάδων χλμ πάνω από την επιφάνεια. Μπορεί η μαγνητόσφαιρα να δημιουργεί μια ασπίδα γύρω από τη Γη και να μας προστατεύει από την επικίνδυνη ακτινοβολία του ήλιου, όμως κατά καιρούς η μαγνητόσφαιρα αποδεσμεύει την αποθηκευμένη ενέργεια με τη μορφή φορτισμένων ηλεκτρονίων που κατευθύνονται προς τη Γη. Όταν αυτά συγκρούονται με τα μόρια της ατμόσφαιρας, η ενέργεια που εκλύεται δημιουργεί το βόρειο σέλας.

Σύμφωνα με αποκαλύψεις της NASA που βασίζονται σε αυτές τις δορυφορικές παρατηρήσεις, στη μαγνητική ασπίδα της Γης παρατηρούνται δύο γιγάντιες τρύπες οι οποίες κάνουν την εμφάνιση τους ανά διαστήματα και οι οποίες αφήνουν τον επικίνδυνο ηλιακό άνεμο να φτάσει μέχρι την ατμόσφαιρα. Παρόλο που ήταν ήδη γνωστό πως ο χώρος που καταλαμβάνει το γήινο μαγνητικό πεδίο, δηλαδή η μαγνητόσφαιρα, αφήνει την διέλευση φορτισμένων σωματιδίων με τεράστιες ταχύτητες (1600000km/h), εντούτοις οι επιστήμονες δεν πίστευαν πως η διατάραξη αυτή γίνεται τόσο συχνά, δημιουργώντας ξαφνικά ρεύματα, τα οποία οδηγούν σε γεωμαγνητικές καταιγίδες προκαλώντας βλάβες στους δορυφόρους και στα δίκτυα ηλεκτροδότησης. Οι ηλιακές αυτές εκλάμψεις είναι ένας ενδεχόμενος κίνδυνος για τους αστροναύτες σε τροχιά, αλλά γενικά δεν αποτελούν κίνδυνο για τους ανθρώπους στην επιφάνεια της Γης.

Η συγκεκριμένη αποστολή, βασίστηκε σε καταγραφές ενός στόλου 5 μικρών δορυφόρων, οι οποίοι κατέγραψαν το 2007, δύο τρύπες, από τις οποίες η μία ήταν πάρα πολύ μεγάλη (6500km πάχος). Ο Τζίμι Ρίντερ του Πανεπιστημίου του Νιου Χάμπσαϊρ που παρουσίασε την έρευνα στο συνέδριο της Αμερικανικής Γεωφυσικής Εταιρείας στο Σαν Φρανσίσκο, δήλωσε: “Το άνοιγμα ήταν τεράστιο: τέσσερις φορές πιο πλατύ από ό,τι η ίδια η Γη. Αυτού του είδους η ροή σωματιδίων είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από ό,τι θεωρούσαμε εφικτό”. “Αυξανόταν πολύ γρήγορα”, δήλωσε ο επιστήμονας του Themis Marit Oieroset του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο ίδιο συνέδριο. “Αυτές οι παραβάσεις είναι προσωρινές”, και αυτό που παρατηρήθηκε το 2007 διήρκεσε περίπου μία ώρα, πρόσθεσε.

Αν και οι ερευνητές του Themis ανακάλυψαν το μέγεθος αυτής της “διαρροής”, δεν ήξεραν την ακριβήη θέση του. Αυτό ανακαλύφθηκε από τον Wenhui Lee από το Πανεπιστήμιο του New Hampshire, Durham, NH, και την ομάδα του. Χρησιμοποίησαν μια προσομοίωση υπολογιστή για να ανακαλύψουν την τοποθεσία που οι δύο τρύπες εξελίσσονται συχνά σε γήινο μαγνητικό πεδίο, ένα σε υψηλό γεωγραφικό πλάτος πάνω από το Βόρειο ημισφαίριο, και ένα σε υψηλό γεωγραφικό πλάτος στο νότιο ημισφαίριο. Οι τρύπες “απλώνονται” πάνω από την πλευρά της μαγνητικής ασπίδας που βλέπει τον Ήλιο.

Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες είχαν την πεποίθηση πως τέτοιες τρύπες στην μαγνητόσφαιρα της Γης εμφανίζονται όταν τα μαγνητικά πεδία της Γης και του Ήλιου ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση, τα στοιχεία όμως της συγκεκριμένης έρευνας έδειξαν ότι στην ουσία ισχύει το ακριβώς αντίθετο, δηλαδή όταν τα μαγνητικά πεδία βρίσκονται σε αντιπαράλληλη ευθυγράμμιση, τα εισερχόμενα σωματίδια εικοσαπλασιάζονται. Τέλος, οι γεωμαγνητικές καταιγίδες αναμένεται να κορυφωθούν το 2012, όταν η ηλιακή δραστηριότητα φτάσει στο μέγιστο του 11ετούς κύκλου της.

Ο επόμενος ηλιακός κύκλος θα φέρει ως επί το πλείστον από βορρά προς νότο σωματίδια. Αυτά θα φέρουν πρώτα το πλάσμα στη μαγνητόσφαιρα (βόρειο τμήμα) και στη συνέχεια θα ενεργοποιήσει το (νότιο τμήμα). Έτσι, αναμένονται ισχυρότερες καταιγίδες, επειδή το πλάσμα στη μαγνητόσφαιρα δρα σαν καύσιμο για την καταιγίδα.