Naukowcy odkryli nieoczekiwaną zmianę w rozkładzie ładunku elektrycznego w magnetosferze Ziemi, co podważa długo utrzymywane poglądy na temat interakcji naszej planety z energią słoneczną. Wyniki, opublikowane na początku tego roku w Journal of Geophysical Research: Space Physics, mogą ulepszyć prognozy pogody kosmicznej oraz poprawić ochronę satelitów i infrastruktury naziemnej.
Magnetosfera: tarcza z zaczepem
Ziemska magnetosfera, rozległa powłoka magnetyczna otaczająca planetę, chroni nas przed ciągłym przepływem naładowanych cząstek emitowanych przez Słońce – wiatrem słonecznym. Kiedy wiatr słoneczny zderza się z magnetosferą, generuje prądy elektryczne i siły magnetyczne, które napędzają zjawiska pogody kosmicznej, od spektakularnych zórz polarnych po niszczycielskie burze geomagnetyczne. Przez dziesięciolecia naukowcy zakładali, że obwód elektryczny jest prosty: ładunek dodatni po porannej („świcie”) stronie Ziemi i ładunek ujemny po wieczornej („zachodzie słońca”). Jednak nowe dane z misji NASA Magnetospheric Multiscale (MMS) i zaawansowane symulacje komputerowe ujawniają bardziej złożoną – i częściowo odwróconą – rzeczywistość.
Odwrócona polaryzacja: ujemna rano, dodatnia o zachodzie słońca
Zespół kierowany przez Yusuke Ebiharę, profesora na Uniwersytecie w Kioto w Japonii, odkrył, że poranna strona magnetosfery ma ładunek ujemny, podczas gdy wieczorna strona ma ładunek dodatni. Jest to sprzeczne z ogólnie przyjętą teorią, która przewiduje jednakową polaryzację w całej płaszczyźnie równikowej i obszarach polarnych. To odkrycie nie unieważnia istniejących modeli, ale dodaje krytyczny niuans do naszego zrozumienia, w jaki sposób energia przepływa w kosmicznym środowisku Ziemi.
Ruch plazmowy: klucz do inwersji
Kluczem do tego nieintuicyjnego zachowania jest ruch naładowanych cząstek – plazmy – w magnetosferze. Kiedy energia słoneczna oddziałuje na pole magnetyczne Ziemi, plazma wiruje wokół planety. Po stronie zachodzącej słońca plazma przepływa zgodnie z ruchem wskazówek zegara w kierunku biegunów. W tym samym czasie linie pola magnetycznego Ziemi przechodzą z półkuli południowej na półkulę północną, wznosząc się w pobliżu równika i opadając w pobliżu biegunów.
Ponieważ ruch plazmy i linie pola magnetycznego działają w przeciwnych kierunkach, ich interakcja zmienia sposób, w jaki ładunek elektryczny gromadzi się w różnych obszarach magnetosfery. Tworzy to obserwowalną inwersję: siła elektryczna i rozkład ładunku są wynikiem ruchu plazmy, a nie przyczyną.
Implikacje dla prognozowania pogody kosmicznej
Badanie podkreśla znaczenie procesów dynamicznych – zwłaszcza ruchu plazmy – w kształtowaniu środowiska elektrycznego wokół Ziemi. Pokazując, że różne części magnetosfery mogą zachowywać się w przeciwny sposób, wyniki udoskonalają modele tego, jak energia słoneczna przedostaje się do górnych warstw atmosfery Ziemi. Może to prowadzić do dokładniejszych prognoz pogody kosmicznej, pomagając ograniczyć ryzyko, jakie burze geomagnetyczne stwarzają dla satelitów, sieci energetycznych i systemów komunikacyjnych.
„Siła elektryczna i rozkład ładunku są wynikiem, a nie przyczyną ruchu plazmy” – stwierdziła Ebihara, podkreślając główne odkrycie badania.
Wyniki te nie oznaczają, że istniejące modele są nieprawidłowe, ale raczej, że są niekompletne. Uwzględniając dynamiczną interakcję między ruchem plazmy a liniami pola magnetycznego, naukowcy mogą tworzyć bardziej niezawodne i predykcyjne modele kosmicznego środowiska Ziemi.
