Tako pot MMS-jevih sond skozi Zemljino magnetno polje vidi umetnik pri Nasi. Foto: Nasa
Prvič je člove??tvu uspelo sondo poslati neposredno skozi silno magnetno nevihto v bli??ini Zemlje in pri tem prvič neposredno opazovati enega temeljnih fizikalnih procesov narave - magnetno rekonekcijo.
Osončni magnetizem ni nepomemben. Je nujen, tako kot zrak, voda in sončna energija. Je vseprisoten, skorajda ni prostora, na katerega ne bi vplival magnetni mehurček nekega vesoljskega telesa; z izjemo kometa 67P/?urjumov-Gerasimenko, kjer so na??li brezmagnetni mehur. ?e Zemlja svojega polja ne bi imela, zdaj ne bi sedeli in brali, ker nas pač ne bi bilo; Zemlja bi bila pusta kot Mars. Vsaj ??tiri milijarde let star Zemljin magnetizem mordi planet ??čiti pred uničujočim sončnim vetrom.
Tetraeder skozi nevihte
Kako deluje, le kak??no leto preučuje Nasina misija MMS, narejena po zgledu Esinega Clusterja II. To je pravzaprav četverica sond, ki v obliki tristrane piramide oziroma tetraedra potuje okoli Zemlje po izjemno podolgovati elipsi. Od domačega planeta se najbolj oddalji dobrih 150.000 kilometrov, najbolj pa se pribli??a pri 2.550 kilometrih. Na dolgi poti prečka zelo različna področja Zemljinega magnetnega polja in zato zbira zelo raznolike podatke. Oktobra lani je Nasa - kot senzorje v orkan - poslala MMS v vihro, poimenovano magnetna rekonekcija, so sporočili z agencije. Izidi so objavljeni v znanstveni publikaciji Science.
Prostor okoli Zemlje je le na videz prazen. Sicer je tamkaj??nji vakuum bolj??i, kot ga lahko ustvarimo v laboratoriju, a kljub temu vsebuje delce in veliko, veliko energije v obliki kompleksnih magnetnih polj. Včasih, ko se dve polji stakneta, pride do eksplozivne reakcije. Magnetni polji se preusmerita in preuredita v novo obliko; pri tem pa vse naokoli izstreljujeta ??arke nabitih delcev. To se večinoma dogaja zato, ker se Zemljino polje bori s precej močnim Sončnim poljem in z delci, ki ga prina??a. Magnetne nevihte lahko ogrozijo astronavte in elektronske naprave na Zemlji.
Polet skozi dogodek je pokazal, da v njem prevladuje fizika elektronov; tako znanstveniki zdaj vedo, kaj poganja enega temeljnih fizikalnih pojavov v naravi.
Učinke tovrstne nenadne sprostitve delcev in energije - kot so sončni izbruhi, severni sij, visokoenergijski kozmični delci, ki nas "obi??čejo" iz drugih galaksij - so sicer znanstveniki uspeli opazovati tudi poprej. Povzročala naj bi jih magnetna rekonekcija, a jim tega ni nikoli uspelo neposredno zaslediti.
Določenim satelitom je sicer uspelo opazovati kak??ne delce, ki izvirajo iz tovrstnega dogodka in ki so ??inili mimo. Toda to je tako, kot bi od daleč videl razbitine po tornadu, nikoli pa ne bi ??el neposredno v oko.
V nekaj sekundah
Prednost MMS-ja pred prej omenjenim Clusterjem II. je v natančnosti, Esina misija je namreč precej starej??a. Razvoj za Cluster je potekal v 80. letih prej??njega stoletja, v vesolje pa je poletela ??e pred 18 leti. "Z MMS-jem imamo prvič dovolj zmogljive instrumente za opazovanja prav očesa magnetne rekonekcije," je pojasnil prvi avtor raziskave, Jim Burch. Cluster II je meritve lahko opravil enkrat na tri sekunde, medtem ko MMS eno meritev opravi vsakih 30 milisekund, navajajo na Univerzi v Marylandu, katere znanstveniki so sodelovali pri projektu.
Ker so sonde postavljene v piramidno formacijo, lahko fenomen opazujejo v treh dimenzijah. 16. oktobra lani so potovale prav po robu med Zemljinim in Sončevim poljem in naletele na dogodek - potovale so prav skozenj. Rekonekcija se je zgodila le v nekaj sekundah, v tem času pa so instrumenti opravili tisoče meritev: kako sta se polji izmenjali, v katero smer in pri kak??ni hitrosti so odleteli nabiti delci.
Na grafu je z rdečo označeno področje stika in interakcije dveh nasprotnih magnetnih polj, ??tiri črne točke pa so sonde MMS. Foto: Nasa
Elektromagnetizem, temelj trdnega vesolja
Kot pojasnjujejo pri Nasi, fizika magnetne reakcije izhaja iz elektromagnetizma; to pa je ena izmed temeljnih sil vesolja. Brez nje ne bi obstajalo nič večjega od atomskih jeder, saj skrbi za povezovanje vseh kompleksnej??ih delcev v atome, molekule in naprej.
Magnetno polje je primerljivo s snopom vrvic, ki so vedno pripete na neko telo; na planet, zvezdo ali kaj drugega. Pri tem nastane ogromna magneta "mre??a" v okolici telesa. Tak??ni dve magnetni mre??i se lahko srečata (kot v MMS-jevem primeru, Sončeva in Zemljina). ?e so njune "vrvice" podobno usmerjene, se ne zgodi nič hudega. To je tako, kot bi drug ob drugem ??la dva vodotoka. ?e pa sta polji usmerjeni popolnoma nasprotno, je proces precej bolj dramatičen. Lahko je eksploziven, pri čemer izstreli delce skoraj pri hitrosti svetlobe. Lahko je tudi počasen in zmeren; v vsakem primeru pa sprosti ogromne količine energije.
"Zakaj je proces včasih eksploziven, drugič stabilen, ostaja velika skrivnost. ?e posebej, zakaj se včasih magnetna rekonekcija sploh ne zgodi," je dejal prvi znanstvenik misije Tom Moore.
Izstreljeni delci potujejo daleč stran, po vesolju, ali pa vstopijo v druge predele magnetnega polja, ki bi jih sicer nikoli ne "videli". Nekateri odletijo tudi proti Zemlji. Na tak način ti dogodki omogočijo Sončnemu sevanju, da vstopi Zemljin prostor.
Pot v obliki krajca Meseca
"Poprej??nje satelitske meritve so pokazale, da lahko magnetno polje deluje kot frača za nevtrone. Desetletja stara skrivnost pa je, kaj se zgodi z elektroni in kako točno se dve magnetni polji spajata. Za elektrone so sateliti vsaj stokrat prepočasni, MMS pa je za nas kot mikroskop za področje stika med polji," je komentiral Burch. V konkretnem primeru so bili elektroni s kraja dogodka izstreljeni v ravnih črtah in pri hitrosti stotin kilometrov na sekundo, pri tem pa prečkali meje, ki jih sicer ne bi. A ko so te meje prečkali, jih je ??e začelo prijemati drugo magnetno polje, pri čemer so elektroni naredili obrat za 180 stopinj. To se ujema z napovedjo teoretičnega modela, imenovanega po Mesečevem krajcu, saj obrat na poti elektronov spominja na to obliko.
"Podatki ka??ejo, da je celoten proces magnetne rekonekcije v bistvu precej eleganten in urejen," je dejal znanstvenik, ki je model izdelal, Michael Hesse. "Kot ka??e, ni veliko turbulence, vsaj ne toliko, da bi postopek zakomplicirala," ogromnim količinam spro??čene energije navkljub, je dodal.
Prav za obliko Mesečevega krajca naj bi bili krivi elektroni. "To nam ka??e, da elektroni potujejo na tak način, da ustvarjajo električna polja. Električna polja pa po drugi strani spro??ijo hipno pretvorbo magnetne energije," je pojasnil soavtor članka, Roy Torber.
4.000 obletov
MMS je prve večje sadove obrodil po le dobrem letu dni delovanja. V tem času je opravil več kot 4.000 potovanj skozi magnetne robove in okoli Zemlje. V naslednjih bo Nasa piramidno formacijo ??tirih sond ??e bolj zgostila, upajoč, da bo dobila ??e natančnej??e podatke o tej silni vihri. Do zdaj so bile sonde v formaciji medsebojno najbli??je pri slabih desetih kilometrih, razprejo pa se do 400 kilometrov.
Ob najbli??jem preletu jih je takole s kopnega videl tokijski astronom.
Nuklearna fuzija in drugo o magnetizmu
Za kaj pa bi lahko bile ugotovitve praktično uporabne? Magnetna rekonekcija je nadle??en proces pri razvoju fuzijskih reaktorjev, saj ovira zadr??evanje fuzijskega goriva - za kar uporabijo močna magnetna polja. Fuzijski reaktorji, kjer se atomi zdru??ujejo (kot v Soncu), so v nasprotju z razbijalnimi fisijskimi reaktorji precej čistej??i vir energije, zato člove??tvo nanje precej stavi.
Magnetna rekonekcija je tudi proces, pri katerem se lahko energija učinkovito prenese iz magnetnega polja v gibanje nabitih delcev, navaja Nasa.
Ameri??ka sonda je v okviru popotovanja proti Marsu začela razvijati prenosno magnetno polje, ki bi lahko astronavte v prihodnosti pri dolgotrajnih potovanjih po vesolju ??čitilo pred smrtonosnim vesoljskim sevanjem, pa tudi pred segrevanjem zaradi trenja ob ne popolnoma prazen vakuum.
Galaktični sever
Prav s pomočjo magnetizma so ugotovili, da je Voyager 1 res v medzvezdnem prostoru. To so potrdili s pomočjo deset let stare sonde IBEX, ki se ukvarja z določanjem meje med heliosfero in medzvezdnim medijem; ki je v Voyagerjevem primeru tudi določila, v kateri smeri je galaktični magnetni sever.
|
