Scutul de radiații al Pământului a cedat în fața unei superfurtuni solare
O regiune din jurul Pământului, considerată timp de peste un deceniu un scut de netrecut împotriva celor mai periculoase particule spațiale, s-a dovedit a fi vulnerabilă. Datele colectate în timpul evenimentelor solare extreme din mai 2024 arată că așa-numiții electroni „ucigași” pot fi accelerați la energii uriașe chiar în interiorul acestei zone presupus sigure, punând în pericol sateliții și astronauții.
În timpul superfurtunii solare care a lovit planeta noastră în mai 2024, un satelit japonez a surprins un fenomen pe care comunitatea științifică îl considera imposibil: accelerarea electronilor la energii de ordinul megaelectronvolților chiar în interiorul barierei de radiații a Pământului. Potrivit Science Alert, această descoperire demonstrează că zona respectivă nu oferă protecția absolută pe care o presupuneau cercetătorii.
Într-un studiu publicat în jurnalul Geophysical Research Letters, o echipă coordonată de fizicianul spațial Yoshizumi Miyoshi, de la Universitatea Nagoya, a explicat semnificația acestor observații: „Aici arătăm că această barieră poate fi străpunsă în condiții extreme de vreme spațială”.
Pericolul invizibil din jurul Pământului
Spațiul din imediata vecinătate a planetei noastre este mult mai complex decât pare. Pământul este înconjurat de centurile Van Allen, două regiuni în formă de gogoașă în care câmpul magnetic terestru ține captivi protoni și electroni puternic energizați. În timp ce centura exterioară conține în special electroni energizați de procesele solare, centura interioară este populată preponderent cu protoni rezultați din impactul razelor cosmice cu atmosfera terestră.
În spațiul de joasă altitudine, o amenințare majoră și cunoscută de decenii o reprezintă așa-numiții electroni „ucigași”. În special în timpul furtunilor geomagnetice, aceste particule interacționează cu undele electromagnetice din mediul magnetic al Pământului și pot fi accelerate până aproape de viteza luminii. Energia pe care o transportă este atât de mare încât le permite să treacă prin scuturile de protecție ale sateliților, avariind componentele electronice sensibile și reducând durata de viață a navelor spațiale. Totodată, acești electroni generează un risc crescut de radiații pentru astronauți.
Mitul „barierei impenetrabile” și primele îndoieli
În anul 2014, observațiile realizate de sondele Van Allen ale NASA au scos la iveală o graniță extrem de bine definită, situată la o distanță de aproximativ trei raze terestre de centrul Pământului. Dincolo de această limită, cei mai energizați electroni pătrundeau foarte rar, motiv pentru care oamenii de știință au numit-o o „barieră impenetrabilă”.
Teoria propusă atunci sugera că o regiune de plasmă rece care înconjoară planeta generează unde electromagnetice capabile să împrăștie electronii în afara orbitelor lor captive, direcționându-i spre atmosferă. Acest mecanism, coroborat cu migrația lentă a particulelor către interior, părea să formeze un scut natural eficient.
Totuși, primele fisuri în această teorie au apărut încă din 2018. Specialiștii au avansat atunci ideea că bariera era mai degrabă o iluzie dată de durata scurtă a furtunilor geomagnetice: deși fluctuațiile câmpului magnetic împingeau electronii energizați spre interior, furtunile se opreau de regulă înainte ca particulele să poată avansa prea mult.
Ulterior, în 2024, o analiză a datelor colectate în intervalul 1996-2006 a oferit dovezi suplimentare că electronii cu energii de megaelectronvolți se aflau deja în interiorul presupusei limite. Cercetătorii au descoperit că undele electromagnetice produse de fulgere aveau capacitatea de a trimite electronii „ucigași”, deja captivi în centura interioară, într-o prăbușire directă spre atmosfera terestră.
Superfurtuna din mai 2024 și „cântecul păsărilor”
Confirmarea definitivă a vulnerabilității acestui scut a venit în mai 2024. O serie de explozii solare și ejecții de masă coronală au aruncat în Sistemul Solar miliarde de tone de plasmă magnetizată. Impactul a declanșat pe Pământ o furtună geomagnetică de nivel G5 – categoria maximă pe scara de profil –, a cărei intensitate a făcut ca efectele să fie înregistrate chiar și pe fundul oceanului.
Această superfurtună a epuizat masiv plasma rece din jurul planetei, lăsând în urmă un mediu neobișnuit de rarefiat. Condițiile au permis dezvoltarea unui alt tip de undă electromagnetică, denumită „chorus”. „Când este convertită în semnal audio, sună ca cântecul unei păsări”, a explicat Yoshizumi Miyoshi. Spre deosebire de alte unde care împrăștie electronii, undele „chorus” par să îi fi accelerat la energii colosale chiar în interiorul zonei considerate sigure.
Fenomenul a fost documentat de satelitul japonez Arase, care monitorizează centurile de radiații încă din 2017. Pe măsură ce furtuna intra în faza de scădere, instrumentele de la bordul Arase au înregistrat o explozie a numărului de electroni ultra-relativiști în interiorul barierei. La niveluri de energie de aproximativ 3 megaelectronvolți, fluxul de particule a crescut de peste 5.000 de ori față de valorile anterioare furtunii.
O accelerare produsă local, cu efecte pe termen lung
Modul în care a evoluat această creștere a oferit indicii cruciale. Inițial, a apărut un număr mare de electroni cu energie mai scăzută, urmați, la aproximativ o jumătate de zi, de cei cu energii mai mari. La circa 24 de ore de la creșterea inițială, numărul electronilor care depășeau 3 megaelectronvolți a explodat.
Această evoluție în etape, alături de faptul că distribuția electronilor a format un vârf clar în apropierea limitei barierei, le-a demonstrat lui Miyoshi și colegilor săi că particulele nu erau pur și simplu transportate din exterior. În schimb, electronii câștigau energie local, chiar în regiunea presupus protejată, înainte de a se răspândi atât spre interior, cât și spre exterior.
Efectele evenimentului din mai s-au întins pe mai multe luni. Satelitul Arase a continuat să măsoare scăderi treptate ale nivelurilor de electroni până în octombrie 2024, moment în care o nouă furtună solară a lovit spațiul din apropierea Pământului.
Noile date arată că dinamica mediului spațial din jurul planetei noastre este mult mai complexă decât o sugerează aparența sa liniștită. „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”.
Explorează subiectele:
