U Van Allenovim radijacijskim pojasevima, visoko iznad Zemlje, nalaze se elektroni dovoljno energični da mogu oštetiti elektroniku svemirskih letjelica i ugroziti astronaute. Novo istraživanje pokazuje da dio tih opasnih čestica iz pojaseva izbacuju neobični električni valovi koje dosadašnji modeli nisu dovoljno uzimali u obzir.
Van Allenovi pojasevi puni su čestica koje mogu oštetiti tehnologiju
Zemlju okružuju dva velika područja nabijena energičnim česticama. To su Van Allenovi radijacijski pojasevi, golemi prstenovi oko planeta u kojima se elektroni i druge čestice gibaju duž Zemljinog magnetskog polja.
Ti pojasevi dio su prirodnog sustava koji ublažava dio utjecaja Sunčeva zračenja na Zemljin okoliš. Za svemirske letjelice, međutim, oni mogu biti vrlo opasno područje. Elektroni s energijama većim od otprilike 0,1 megaelektronvolta mogu prodrijeti kroz zaštitne slojeve letjelice i izazvati nakupljanje električnog naboja u osjetljivim sustavima. Posljedica mogu biti poremećaji u radu satelita, oštećenja elektronike, pa i ozbiljni kvarovi.
Znanstvenici već dugo znaju da se elektroni ne zadržavaju zauvijek u radijacijskim pojasevima. Dio njih s vremenom bude izbačen iz pojaseva i završava u atmosferi. Problem je bio u tome što najvažniji mehanizam koji uklanja elektrone najvećih energija nije bio dovoljno dobro objašnjen.
Nova studija, objavljena u časopisu Geophysical Research Letters, temelji se na tri godine podataka NASA-inih sondi Van Allen Probes. Tim koji je vodio Lixian Yang u tim je podacima pronašao skrivenu populaciju valova koji se ponašaju drukčije od onoga što su predviđali standardni modeli svemirskog vremena.
Neobični chorus valovi šire se pod velikim kutom
U središtu priče nalaze se plazmatski valovi poznati kao chorus waves, ili chorus valovi. Kada se njihovi signali pretvore u zvuk, podsjećaju na zbor ptica, po čemu su i dobili ime. U stvarnosti, riječ je o valovima u plazmi koji mogu snažno utjecati na elektrone u Zemljinoj magnetosferi.
Chorus valovi mogu imati dvostruku ulogu. Ponekad ubrzavaju elektrone i povećavaju njihovu energiju. U drugim okolnostima mogu ih raspršiti tako da napuste radijacijske pojaseve i krenu prema atmosferi.
Dosadašnji modeli uglavnom su pretpostavljali da se ti valovi šire približno duž Zemljinih linija magnetskog polja. Podaci iz NASA-inih sondi pokazali su drukčiju sliku. Između 2013. i 2015. Van Allen Probes zabilježile su populaciju valova koji se šire pod vrlo velikim kutom u odnosu na magnetsko polje.
Takav nagib mijenja njihovu prirodu. Magnetska komponenta tih valova slabi, a električno polje postaje dominantno. Autori ih opisuju kao visoko nakošene kvazielektrostatske valove, odnosno HOQE valove.
U jednostavnijem smislu, oni se više ne ponašaju kao uobičajeni svemirski valovi kod kojih dominira magnetski dio. Postaju snažni lokalni električni poremećaji, dovoljno učinkoviti da promijene putanju iznimno brzih elektrona.
Električni udar iz rijetkih područja plazme
Posebno je zanimljivo gdje se ti valovi pojavljuju. Prema novom istraživanju, HOQE valovi najčešće nastaju u područjima s niskom gustoćom plazme. To su dijelovi magnetosfere u kojima ima manje čestica nego u okolnom prostoru.
U takvom rjeđem okruženju električno polje valova može učinkovitije djelovati na pojedinačne elektrone. Kada u prostoru ima manje plazme, val se ne raspršuje kroz gustu masu čestica, nego može snažnije promijeniti gibanje pojedinog elektrona.
Rezultat je proces poznat kao difuzija kutova nagiba. Elektron koji se dotad gibao zarobljen u radijacijskom pojasu dobiva drukčiji smjer gibanja. Ako promjena postane dovoljno velika, čestica napušta pojas i završava u atmosferi.
Prema izračunima istraživača, donji pojas tih HOQE chorus valova može raspršivati elektrone s energijama do 2 megaelektronvolta. To su elektroni dovoljno brzi i energični da predstavljaju stvarnu prijetnju svemirskoj tehnologiji.
Autori navode da rezultati “otkrivaju važan mehanizam raspršenja MeV elektrona u unutarnjoj magnetosferi”. Drugim riječima, Zemljini radijacijski pojasevi možda se mogu prazniti učinkovitije nego što su dosadašnji modeli pokazivali.
Modeli svemirskog vremena morat će računati i na električne valove
Svemirsko vrijeme nije važno samo za znanstvene modele. Ono utječe na satelite, komunikacije, navigacijske sustave i sigurnost misija s posadom. Ako modeli podcjenjuju način na koji elektroni izlaze iz Van Allenovih pojaseva, mogu pogrešno procijeniti razinu opasnog zračenja u blizini Zemlje.
Nova studija pokazuje da u te modele treba uključiti i valove koji su gotovo elektrostatske prirode, zajedno s realističnim uvjetima niske gustoće plazme. Takav pristup mogao bi poboljšati prognoze opasnih razina zračenja u radijacijskim pojasevima.
Autori ističu da istraživanje “proširuje razumijevanje međudjelovanja chorus valova i energičnih elektrona u Zemljinoj magnetosferi te daje nove uvide za modeliranje globalne dinamike radijacijskih pojaseva”.
U praksi, riječ je o vrlo sitnom detalju u golemom prostoru oko Zemlje: kut pod kojim se val širi i snaga njegova električnog polja. No upravo takvi detalji mogu odlučiti koliko će se najopasniji elektroni zadržati u radijacijskim pojasevima, a koliko će ih nevidljivi valovi izbaciti prema atmosferi.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
Izvori i publikacija
Lixian Yang et al, Electron Scattering by Highly Oblique Quasi‐Electrostatic Chorus Waves Under Realistic Magnetospheric Conditions, Geophysical Research Letters (2026). DOI: 10.1029/2026gl122429
DOI: 10.1029/2026gl122429
Časopis / izvor: Geophysical Research Letters
