ΠΑΝΔΕΡΚΗΣ ΘΕΜΙΣ

 

Ένας στόλος διαστημικών σκαφών THEMIS της NASA, , έχει κάνει τρεις σημαντικές ανακαλύψεις για τις θεαματικές εκρήξεις του Βόρειου Σέλαος, που ονομάζονται μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες – στις οποίες ελευθερώνεται απότομα ενέργεια στη μαγνητοσφαιρική ουρά για μια ώρα ή και λιγότερο – καθώς και την πηγή της ισχύς τους. Παρατήρησε την δυναμική της ταχύτατης ανάπτυξης των υποκαταιγίδων, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη γιγαντιαίων μαγνητικών διαδικασιών ενώ επιβεβαίωσε μικρές εκρήξεις στα περίχωρα του γήινου μαγνητικού πεδίου.

Το παρατηρητήριο Τhemis (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms  δηλ. Χρονική Αλληλουχία των Γεγονότων και Αλληλεπιδράσεις Μεγάλης Κλίμακας κατά τη διάρκεια Υποκαταιγίδων αποτελείται από πέντε δορυφόρους και αποστολή του ήταν η μελέτη του μηχανισμού που προκαλεί τις μαγνητικές καταιγίδες καθώς και το σέλας. Οι 5 δορυφόροι της αποστολής THEMIS είναι εξοπλισμένοι με όργανα που μετρούν τα ιόντα, τα ηλεκτρόνια και την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο διάστημα.Τα πέντε διαστημόπλοια του προγράμματος τέθηκαν σε τροχιά τον Φεβρουάριο του 2007 και  ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του άξονα Ηλίου-Γης κάθε τέσσερις ημέρες καταγράφοντας τη ροή της ενέργειας μεταξύ του αστεριού και του πλανήτη και η αποστολή τους ολοκληρώθηκε με επιτυχία νωρίτερα το 2010.

Στις 26 Φεβρουαρίου 2008,  ξέσπασε μια υποκαταιγίδα από την Αλάσκα και τον Καναδά, παράγοντας έτσι ζωηρά σέλη για περισσότερο από δύο ώρες. «Τα σέλη ξεχύθηκαν σαν θάλασσα προς δυσμάς με διπλάσια ταχύτητα από αυτή που νομίζαμε μέχρι τώρα, διασχίζοντας 15 μοίρες γεωγραφικού μήκους σε λιγότερο από ένα λεπτό. Η καταιγίδα διαπέρασε ολόκληρη την πολική ζώνη, ή 650 χλμ, μόνο σε 60 δευτερόλεπτα.»

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.

Ο Έλληνας καθηγητής Διαστημικής Φυσικής Βασίλης Αγγελόπουλος, επικεφαλής αποστολής της NASA που μελετά τις ηλιακές καταιγίδες εντός του μαγνητικού πεδίου της Γης, παρατήρησε τον μηχανισμό με τον οποίο ο ηλιακός άνεμος παραμορφώνει το μαγνητικό πεδίο της Γης και πώς αυτό έχει ως αποτέλεσμα να φτάνουν στον πλανήτη μας μεγάλα φορτία ενέργειας.

Το Πολικό Σέλας όταν το παρατηρούμε φαίνεται να αλλάζει σχήμα και λαμπρότητα με γρήγορο ρυθμό, σαν να «κυματίζει». Οι μεταβολές αυτές του σχήματος και της λαμπρότητας του  συνοδεύονται από κινήσεις της μαγνητικής βελόνας της πυξίδας, και για τον λόγο αυτόν το όλο φαινόμενο ονομάζεται μαγνητική υποκαταιγίδα. Κατά τη διάρκεια μιας υποκαταιγίδας απελευθερώνεται ενέργεια ίση με αυτήν ενός σεισμού μεγέθους 6 βαθμών της κλίμακας Ρίχτερ.

Οι υποκαταιγίδες παράγονται όταν η γήινη μαγνητόσφαιρα για κάποιους λόγους φορτίζεται με πρωτόνια και ηλεκτρόνια και έπειτα απαλλάσσεται από αυτά, κάνοντας τα ιονισμένα σωματίδια να κινούνται σπειροειδώς κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών, όπου συγκλίνουν στους πόλους. Κατά μήκος της διαδρομής τους χτυπούν τα άτομα που είναι στην ατμόσφαιρα και εκπέμπουν φως (τα γνωστά σέλη), που κυμαίνεται από το ζωηρόχρωμο ορατό φως έως το αόρατο άκρο υπεριώδες.

Οι υποκαταιγίδες, που μπορούν να κρατήσουν έως και μια ώρα, διακρίνονται από τις ημερήσιες καταιγίδες οι οποίες παράγονται από τις στεφανιαίες εκτινάξεις μάζας και τις μεγάλες εκλάμψεις του ήλιου, οι οποίες αναστατώνουν τις γήινες επικοινωνίες. Είναι ένα φαινόμενο με σημαντικές συνέπειες στη σύγχρονη καθημερινή ζωή, αφού επηρεάζουν τις ασύρματες επικοινωνίες και τα σήματα των δορυφόρων παγκόσμιου εντοπισμού θέσης (GPS), ενώ προκαλούν και διακοπές στα δίκτυα διανομής του ηλεκτρικού ρεύματος. Επομένως η κατανόηση του φαινομένου των υποκαταιγίδων είναι σημαντική για πολλούς τομείς

Ο Αγγελόπουλος υπολόγισε τη συνολική ενέργεια του γεγονότος που κράτησε δύο ώρες σε πεντακόσιες χιλιάδες δισεκατομμύρια τζάουλ. Αυτή είναι ισοδύναμη με την ενέργεια ενός σεισμού μεγέθους 5,5 Ρίχτερ. Από πού όμως προέρχεται όλη αυτή η ενέργεια;

Το βόρειο σέλας σχηματίζει μια συνεχόμενη ζώνη που απλώνεται από την Ανατολή προς τη Δύση, όμως κάθε λίγες ώρες η ενέργεια που αποδεσμεύεται από το μαγνητικό πεδίο μεγαλώνει και σχηματίζεται μια ηλιακή υποκαταιγίδα.

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.

Η αποστολή THEMIS έχει την εξήγηση

Οι μαγνητικές ‘θηλιές’ το κλειδί για την διοχέτευση της ενέργειας

«Οι 5 δορυφόροι έχουν βρει στοιχεία για τις μαγνητικές ‘θηλιές’, που συνδέουν άμεσα τη γήινη ανώτερη ατμόσφαιρα με τον ήλιο,» λέει ο David Sibeck ειδικός επιστήμονας για την αποστολή της NASA. «Πιστεύουμε ότι τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου ρέουν κατά μήκος αυτών των ‘θηλιών’, προσφέροντας ενέργεια για τις γεωμαγνητικές καταιγίδες και τα σέλη.»

Μια μαγνητική θηλιά είναι μια στριφτή δέσμη μαγνητικών γραμμών – σαν τα στριμμένα νήματα σε ένα χοντρό ναυτικό σχοινί.  Στην ηλιόσφαιρα – στην άκρη του ήλιου – τα μαγνητικά πεδία και τα ηλεκτρικά ρεύματα ευθυγραμμίζονται και στρίβονται σχηματίζοντας τεράστιες τρισδιάστατες δομές. Αυτές λέγονται «θηλιές μαγνητικής ροής», και είναι ασταθείς περιοχές.

Το THEMIS αντιμετώπισε την πρώτη μαγνητική ‘θηλιά’ στις 20 Μαΐου 2007. Ήταν πολύ μεγάλη, πλάτους περίπου σαν την Γη, και 70.000 χλμ πάνω από τη γήινη επιφάνεια, στην περιοχή της μαγνητόπαυσης. Η μαγνητόπαυση είναι εκεί όπου ο ηλιακός άνεμος και το μαγνητικό πεδίο της Γης συναντιούνται και σπρώχνουν το ένα το άλλο. Σε εκείνο το σημείο σχηματίζεται η μαγνητική θηλιά και αποκαλύπτεται σε λίγα μόνο λεπτά, προσφέροντας έναν συνοπτικό αλλά σημαντικό αγωγό για την ενέργεια του ηλιακού ανέμου.

Οι θερμοκρασίες που επικρατούν στην ατμόσφαιρα του Ηλιου φτάνουν συνήθως 20.000 βαθμούς Κελσίου. Η μαγνητική όμως δραστηριότητα του Ηλιου καταφέρνει συχνά να ζεστάνει υπερβολικά κάποια σημεία της ατμόσφαιράς του, δημιουργώντας ηλιακές εκλάμψεις που φαίνονται από τη Γη σαν φωτεινές κηλίδες.

Αυτή η θερμή πυκνή μάζα αερίων, η οποία αγγίζει το ένα εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου, δεν μπορεί να συγκρατηθεί από την έλξη του βαρυτικού πεδίου του Ηλιου και δραπετεύει προς τους πλανήτες.

Ο ηλιακός άνεμος «χτυπώντας» τους γειτονικούς πλανήτες επηρεάζει το μαγνητικό τους πεδίο και προκαλεί το φαινόμενο του διαστημικού καιρού ή των ηλιακών καταιγίδων. Το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ της Βρετανίας, ανακοίνωσε ότι παρατήρησε για πρώτη φορά τον μηχανισμό δημιουργίας των ηλιακών εκλάμψεων, επιβεβαιώνοντας μια θεωρία που διατυπώθηκε για πρώτη φορά πριν από περίπου 20 χρόνια.

Πάνω σε αυτή τη θεωρία και σε συνδυασμό με μεταγενέστερους υπολογισμούς οι Γάλλοι ξεκίνησαν από το 2006 να σχεδιάζουν τρισδιάστατα μοντέλα που αναπαριστούν ελικοειδείς σχηματισμούς μαγνητικών γραμμών στον Ηλιο, υπεύθυνους για τις εκρήξεις που συμβαίνουν στην επιφάνειά του

«Μου προκάλεσε μεγάλη εντύπωση το γεγονός ότι οι παρατηρήσεις των επιστημόνων του Κέιμπριτζ στον Ηλιο μοιάζουν τόσο πολύ με αυτά που πιστεύουμε ότι συμβαίνουν στη Γη ως αποτέλεσμα του ηλιακού ανέμου», λέει ο δρ Αγγελόπουλος, ο οποίος μελετά το φαινόμενο του διαστημικού καιρού μέσα στο γήινο μαγνητικό πεδίο, τη μαγνητόσφαιρα. «Παρότι βλέπαμε την ύπαρξή της δεν γνωρίζαμε τι προκαλούσε αυτή τη μεγάλη έκλυση ενέργειας στη Γη».

Η απάντηση βρίσκεται στο φαινόμενο της μαγνητικής επανένωσης, κατά το οποίο τα δύο αντίθετα φορτισμένα μαγνητικά πεδία των πόλων συγκρούονται μεταξύ τους εκλύοντας μεγάλα ποσά ενέργειας.

Ο ηλιακός άνεμος, όπως διαπερνά τη Γη, παρασύρει μαζί του και το μαγνητικό της πεδίο, με αποτέλεσμα αυτό να επεκτείνεται κατά εκατομμύρια χιλιόμετρα παίρνοντας ένα σχήμα που μοιάζει με ανεμούριο. Στο σημείο λοιπόν που οι μαγνητικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου καταφέρνουν τελικά να συναντηθούν απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία προσκρούει στην ατμόσφαιρα της Γης δημιουργώντας το σέλας, αναφέρει ο δρ Αγγελόπουλος στο επιστημονικό περιοδικό Science, ο οποίος μελετά το φαινόμενο του διαστημικού καιρού μέσα στο γήινο μαγνητικό πεδίο, τη μαγνητόσφαιρα. «Παρότι βλέπαμε την ύπαρξή της δεν γνωρίζαμε τι προκαλούσε αυτή τη μεγάλη έκλυση ενέργειας στη Γη».