Śpiewające sygnały z bliskiego kosmosu. Astronomowie badają tajemnicze fale
Międzynarodowy zespół astronomów wykrył tajemnicze sygnały w nieoczekiwanym regionie przestrzeni kosmicznej. Po przekonwertowaniu na format audio sygnały przypominają śpiew ptaków.
Spis treści:
Kilka tysięcy kilometrów nad powierzchnią Ziemi naszą planetę otaczają dwa masywne pasy promieniowania. W ich obrębie cząstki, uwięzione w ziemskim polu magnetycznym, poruszają się z prędkościami niemal dorównującymi prędkości światła. Wśród tych cząstek znajdują się tzw. „zabójcze elektrony”, które osiągają zawrotne prędkości dzięki przyspieszeniu spowodowanemu przez niezwykłe zaburzenia ziemskiego pola magnetycznego, zwane falami chóralnymi.
Ich nazwa pochodzi od dźwięku przypominającego ptasi śpiew. Przez długi czas zakładano, że te fale występują jedynie w pobliżu Ziemi i innych planet, co sugerowało, że unikanie ich może zwiększyć bezpieczeństwo podróży kosmicznych. Jednak najnowsze badania pokazują, że fale chóralne są znacznie bardziej rozpowszechnione w głębokim kosmosie, niż dotychczas przypuszczano.
Wybuchy promieniowania elektromagnetycznego
Niedawno misja NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) zarejestrowała trwające ułamki sekund wybuchy promieniowania elektromagnetycznego emitowanego wysoko nad powierzchnią Ziemi. Misja ta obejmuje cztery poruszające się w formacji satelity, których celem jest prowadzenie badań ziemskiego pola magnetycznego. Do tej pory tego typu zjawiska wykrywano nie dalej niż 51 tysięcy kilometrów od Ziemi. Jest to miejsce, w którym ziemskie pole magnetyczne najbardziej przypomina magnes z wyraźnymi, przeciwnymi biegunami. Fizycy uważali, że cecha ta ma kluczowe znaczenie dla tworzenia niezbędnych niestabilności w plazmie przepływającej przez Układ Słoneczny.
Ale najnowsze dane wskazały, że tego typu wybuchy mają miejsce nawet 165 tysięcy kilometrów od Ziemi. Czyli w mniej niż połowie odległości Ziemia-Księżyc. Na tej wysokości ziemskie pole magnetyczne jest znacznie bardziej zniekształcone. Wybuchy mogą więc zachodzić na skraju ziemskiej magnetosfery, znacznie dalej od obszaru, w którym wielu naukowców przypuszczało, że mogą się tworzyć.
Fale chóralne
Czym są te wybuchy promieniowania elektromagnetycznego zwane falami chóralnymi? Przede wszystkim są jednymi z najsilniejszych emisji elektromagnetycznych naturalnie występujących w przestrzeni kosmicznej. Mogą emitować promieniowanie niebezpieczne dla ludzi i satelitów. Chociaż fale chóralne cieszą się ogromnym zainteresowaniem i są intensywnie badane od dziesięcioleci, ich geneza i ewolucja pozostają przedmiotem dyskusji.
– W przeciwieństwie do najczęstszej opinii, że fale chóralne są regulowane przez magnetyczne pola dipolowe planety, my donosimy o obserwacjach powtarzających się, wznoszących się fal chóralnych w ziemskiej warstwie neutralnej. Tam efekty dipola magnetycznego są nieobecne – napisali w przedmowie do artykułu opublikowanego w prestiżowym czasopiśmie „Nature” badacze z chińskiego Uniwersytetu Beihang.
Wygląda na to, że fale chóralne nie są tak ściśle związane z dipolarnym polem magnetycznym, jak do tej pory sądzono. Ale, jak przekonują naukowcy, te podobieństwa wskazują, że ich geneza nie jest jednoznacznie zdeterminowana przez lokalne środowisko. Czyli że mogą rozwijać się w dowolnym miejscu w kosmosie.
Odkrycia te podważają niektóre z obecnych założeń dotyczących fal chóralnych. Jednak po raz pierwszy zebrano dane pasujące do jednej z wcześniej postawionych hipotez: transfer energii z cząstek plazmy do fal chóralnych zachodzi w regionach zwanych dziurami elektronowymi. Czyli takich, w których elektronów jest stosunkowo mało.
Dziury elektronowe
– Te dziury elektronowe związane z falami chóralnymi zostały dobrze zbadane przez symulacje. Teraz zostały zaobserwowane in situ – wyjaśniają autorzy artykułu. Jest to dowód na to, że w grę wchodzi zjawisko znane jako elektronowy rezonans cyklotronowy. Napędza ono wyraźne wzorce „śpiewu” widoczne tam, gdzie częstotliwość elektronów i częstotliwość fali są dopasowane.
Ponieważ fale chóralne stanowią jedne z najsilniejszych impulsów promieniowania elektromagnetycznego w kosmosie – kluczowe dla ziemskiego pasa radiacyjnego i potencjalne zagrożenie dla operacji satelitarnych – musimy wiedzieć o nich jak najwięcej, aby zrozumieć, kiedy możemy się ich spodziewać. Inne planety również mają fale chóralne. Zaobserwowano je w otoczeniu Marsa, Jowisza i Saturna. Oznacza to, że badania prowadzone w pobliżu Ziemi mogą w przyszłości pomóc zrozumieć to zjawisko również w dalszych obszarach Układu Słonecznego oraz przyczynić się do bezpieczeństwa planowanych misji robotycznych i załogowych.
Źródło: Nature
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.