Geomagnetska oluja u svibnju 2024. naglo je prorijedila vanjski Van Allenov pojas – područje oko Zemlje u kojem magnetsko polje zadržava elektrone i protone velike energije. Nova analiza satelitskih mjerenja pokazuje da su čestice gotovo istodobno nestajale na dva načina: dio ih je izbačen u svemir, a dio je završio u gornjoj atmosferi.
Oluja je bila najjača geomagnetska oluja od onih iz listopada 2003., poznatih kao oluje za Noć vještica. Na mnogim mjestima pojavila se polarna svjetlost, a poremećaji u svemirskom okolišu nakratko su utjecali i na GPS signale, među ostalim one koje koriste poljoprivredni strojevi. Za satelite je važno što se radijacijski pojasevi tijekom takvih događaja mogu promijeniti u samo nekoliko sati.
Podaci japanskog satelita i računalnog modela
Istraživači su analizirali mjerenja japanske svemirske agencije JAXA sa satelita Arase. Njegovi instrumenti pratili su broj i energiju elektrona u vanjskom pojasu prije, tijekom i nakon oluje. Tim je zatim događaj simulirao u računalnom modelu VERB (Versatile Electron Radiation Belt), koji opisuje kretanje čestica u Zemljinoj magnetosferi.
Mjerenja su potvrdila da je gubitak elektrona bio iznimno brz i snažan. Model je omogućio da se odvoje procesi koji su se odvijali istodobno, ali u različitim dijelovima magnetosfere. Bez te kombinacije podataka bilo bi teško utvrditi kamo su elektroni nestali.
Dva puta do gubitka elektrona
Prvi proces naziva se zasjenjivanje magnetopauze. Kada solarni vjetar snažno stisne Zemljinu magnetosferu, njezin se vanjski rub pomakne prema unutra. Elektroni koji su bili zarobljeni u pojasu tada se nađu izvan stabilnog područja i odlaze u svemir.
Drugi proces je raspršenje elektrona na valovima plazme. Ti valovi mijenjaju smjer njihova gibanja i usmjeravaju ih prema nižim visinama. Čestice tada prodiru u gornju atmosferu, sudaraju se s atomima i molekulama te gube energiju. U različitim dijelovima magnetosfere jedan je proces bio važniji od drugoga.
Ključan je bio redoslijed događaja. Za uspješnu simulaciju bilo je potrebno da izbacivanje elektrona prema van započne gotovo istodobno sa snažnim stiskanjem magnetosfere. Nakon toga slijedilo je raspršenje na valovima i dodatni gubitak čestica prema atmosferi.
Zašto su radijacijski pojasevi važni
Van Allenovi pojasevi stalno se mijenjaju. Njihova se gustoća mijenja s aktivnošću Sunca, a energične čestice mogu oštetiti elektroniku satelita i ugroziti astronaute. Koliko su ti pojasevi složeni pokazala je i misija CubeSata REAL, koja ih proučava iz orbite.
Dosadašnji modeli svemirskog vremena često su procese gubitka elektrona računali odvojeno ili nisu dovoljno precizno opisivali njihov vremenski slijed. Nova analiza pokazuje da se tijekom ekstremne oluje magnetosfera i radijacijski pojasevi mijenjaju kao povezan sustav. Pogreška od samo nekoliko sati u procjeni početka pojedinog procesa može dovesti do pogrešne procjene razine zračenja u orbiti.
Bolji modeli mogli bi pomoći u procjeni rizika za satelite, navigacijske sustave i posade u svemiru. Ne mogu spriječiti solarnu oluju, ali mogu ranije upozoriti operatere da privremeno promijene način rada osjetljivih instrumenata ili prilagode putanju letjelice.
Rezultati su objavljeni u radu u časopisu AGU Advances. Američka geofizička unija u svom izvještaju o toj oluji objašnjava kako su se elektroni istodobno gubili prema svemiru i atmosferi. Analiza svibanjske oluje pruža rijedak, detaljan zapis o tome kako se Zemljino magnetsko okruženje mijenja tijekom snažne Sunčeve aktivnosti.
