Zemlja ima rep koji se proteže najmanje 2 milijuna kilometara u smjeru noćne strane planeta, a po nekim procjenama Sunčev vjetar ga može razvući i do 1 000 polumjera Zemlje. Riječ je o takozvanom magnetorepu, dijelu goleme magnetske strukture koja okružuje naš planet i oblikuje se u stalnoj interakciji sa Suncem.
Repovi planeta u Sunčevu sustavu
Rasprava o repovima u Sunčevu sustavu posljednjih je mjeseci posebno živa zbog kometa 3I/ATLAS, međuzvjezdanog posjetitelja koji je tijekom prolaska kroz naš planetarni sustav razvio klasični kometni rep, ali i rjeđi, iako potpuno uobičajen, antirep. No repove nemaju samo kometi. Kako je nedavno istaknuto u analizi portala EarthSky, i Merkur ima rep, i to svjetleći, građen od atoma natrija.
Merkurova atmosfera iznimno je rijetka, gotovo poput vakuuma, ali ipak sadrži male količine natrija. Budući da planet kruži vrlo blizu Suncu, taj natrij snažno “osjeća” djelovanje sunčeva zračenja. “Raspršena sunčeva svjetlost natriju daje jarko narančasti sjaj. Taj proces raspršenja natrijevim atomima ujedno daje i potisak, taj ‘tlak zračenja’ dovoljno je snažan da tijekom dijelova Merkurove godine ogoli atmosferu i Merkuru stvori dugačak, svjetleći rep”, objašnjava NASA. “Netko tko bi se našao na noćnoj strani Merkura u pravo doba godine vidio bi blijedu narančastu svjetlost sličnu nebu iznad grada osvijetljenom natrijevim svjetiljkama.”
Na Merkuru dakle rep nastaje odvajanjem atoma iz iznimno tanke atmosfere. Kod Zemlje je situacija manje očita, jer je riječ o sasvim drukčijem tipu repa, koji ne grade atomi natrija nego elektrificirani plin zarobljen u magnetskom polju planeta.
Kako magnetsko polje Zemlje stvara rep
Sva makroskopska tijela, od klasičnih magneta do neobičnih antarktičkih životinja koje mogu živjeti i 11 000 godina, imaju barem vrlo slab magnetski moment. Taj magnetski moment proizlazi iz spina elektrona koji stvaraju sitne magnetske dipole, poput sićušnih magneta. U većini materijala ti su spinovi neuređeni i međusobno se poništavaju, pa nema znatnijeg ukupnog magnetskog učinka. U magnetskim materijalima spinovi se mogu uskladiti u istom smjeru, pa nastaje magnet s vlastitim magnetskim poljem i jasno određenim sjevernim i južnim polom.
Zemlja je u tom smislu golemi prirodni magnet. Ima vlastito magnetsko polje koje pokreću geodinamički procesi u vanjskoj jezgri, gdje se kreću rastaljeno željezo i nikal. “Područje isprepleteno Zemljinim magnetskim poljem, koje se naziva magnetosfera, određuje ponašanje električki nabijenih čestica u svemiru blizu Zemlje i štiti planet od Sunčeva vjetra”, objašnjava NASA, uz napomenu da magnetosfera zarobljava plazmu, odnosno elektrificirani plin.
Upravo ta plazma čini osnovu Zemljina repa. Dio elektrificiranog plina u magnetosferi kreće se prema Suncu, a istodobno se pod utjecajem Sunčeva vjetra raspoređuje i isteže u smjeru noćne strane planeta. “Struktura repa smatra se povratnim tokom plazme koji nastaje kada Sunčev vjetar (tok plazme koji izlazi s površine Sunca) udara u magnetosferu i izobličuje njezin oblik. Primjerice, na početku je kap kiše približno kuglasta. Kako pada i dobiva na brzini, otpor zraka uzrokuje promjenu oblika kapljice dok se voda vuče s donjeg dijela (glave) prema gornjem dijelu (repu). Površinska napetost sprečava da se voda jednostavno rasprši iz repa, pa je prisiljena teći unutar kapljice i vraćati se prema glavi”, navodi NASA.
“Sunčev vjetar na sličan način izobličuje Zemljinu magnetosferu. Na dnevnoj strani on je sabija, poput glave kapljice kiše. Područje na noćnoj strani izdužuje se poput repa kapljice, tvoreći oblik sličan suzi.” Taj izduženi dio magnetosfere naziva se magnetorep i predstavlja jednu od ključnih struktura u interakciji Zemljina magnetskog polja i Sunčeva vjetra.
Magnetorep, Alfvenova krila i Sunčeve oluje
Magnetorep je u pravilu stalna značajka Zemljine magnetosfere, ali njegov oblik i opseg snažno ovise o stanju u Sunčevu vjetru. U travnju 2023. zabilježen je osobito snažan koronalni izbačaj mase (coronal mass ejection, CME) koji je toliko poremetio dotok magnetizirane plazme da je praktički odvojio Zemljin magnetorep i privremeno ga zamijenio strukturom poznatom kao Alfvenova krila (Alfven Wings), parom simetričnih tokova plazme koji se šire iznad i ispod planeta kada je Sunčev vjetar prespor da oblikuje uobičajen rep.
“Zemlja se tipično giba u magnetiziranom Sunčevu vjetru brzinama većima od Alfvenove brzine, stvarajući udarni val, sloj sabijene plazme ispred magnetosfere i strukturu nalik vjetrokazu s repom”, navodi se u radu koji analizira učinak toga CME-a. “Povremeno, a osobito u snažnim magnetskim poljima Sunčevih izbačaja mase iz korone, Alfvenova brzina može premašiti brzinu Sunčeva vjetra (sub-Alfvenov režim). MHD simulacije pokazale su da se tijekom dugotrajnog (>1 sat) sub-Alfvenova Sunčeva vjetra Zemljina magnetosfera transformira u Alfvenova krila.”
Unatoč takvim poremećajima, magnetorep ostaje golema i teško mjerljiva struktura. Njegova veličina i oblik neprestano se mijenjaju, ali procjene upućuju na to da Sunčev vjetar može razvući taj rep do približno 1 000 Zemljinih polumjera. Točan domet ostaje neizvjestan zbog stalne dinamike plazme i promjenjivih uvjeta u Sunčevu vjetru.
“Premda su naš rep istraživale brojne svemirske letjelice tijekom posljednjih nekoliko desetljeća, mnoge zagonetke i dalje ostaju”, ističe Europska svemirska agencija. “Glavni je razlog to što je magnetorep toliko velik, proteže se najmanje dva milijuna kilometara u svemir na noćnoj strani Zemlje. Jedna letjelica nema nikakve izglede otkriti tajne te goleme regije.”
Zemlja je tako, i bez svjetlećeg natrijeva traga poput Merkurova, stalno okružena repom elektrificiranog plina oblikovanog magnetskim poljem, nevidljivim golom oku, ali ključnim za razumijevanje svemirske okoline planeta i složenog utjecaja Sunca na suvremenu tehnologiju.
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.
